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Efficient use of irrigation and nutrients are becoming increasingly important in commercial orchards in the Hawkesbury area. Proper irrigation scheduling practices can help in the better use of irrigation water and reduce environmental impacts. Field experiments were conducted during February 1999 to June 2000 to understand soil-water use, and to evaluate farmer’s irrigation practice under an alley cropping system consisting of turf and stone fruits. The study was carried out at Atlas Farm, 3.5 km from the University of Western Sydney, Hawkesbury campus. The experimental site is a floodplain of the Hawkesbury River. The river flows within 1 km of the farm boundaries. The study was conducted under the farmer’s existing irrigation water and nutrient management practices. The main aims of the thesis were to study the movement and redistribution of soil-water and soil-moisture dynamics in the turf and stone fruit alley cropping system and to understand deep percolation losses and nitrogen leaching using the water balance approach. The study indicated that drainage occurred mainly after heavy rainfall and when there was rainfall for a few consecutive days. Thus irrigation application should be delayed if there is a likelihood of rain in a few consecutive days to prevent loss of water due to deep drainage. Furthermore, the study showed irrigation scheduling was essential to reduce nitrate leaching in the field; that irrigation depths should be varied according to the stage of crop growth, and the proper timing of irrigation application could help reduce deep percolation and runoff losses. / Master of Science (Hons) (Agriculture)

Les systèmes agricoles sont en constante évolution sous les effets conjugués d'innovations techniques et organisationnelles et de changements du contexte socio-économique. A l'échelle d'un territoire, des acteurs locaux peuvent encourager et accompagner des changements de ce type s'ils ont une vision claire de leurs impacts potentiels. L'objectif de cette thèse est d'élaborer et d'appliquer une démarche permettant d'assister agriculteurs et autres acteurs locaux d'un territoire dans la construction et l'évaluation de scénarios d'évolutions des systèmes agricoles. Une démarche basée sur des approches permettant une analyse prospective, multicritères, multi-échelles et participative d'évaluation des systèmes agricoles a été développée. Elle a été mise en œuvre en Camargue (sud-est de la France), avec des exploitants céréaliers et des acteurs de la production agricole et de la gestion du territoire.Des scénarios portant sur la réforme de la politique agricole commune (PAC) en 2012-2014, ainsi que sur des objectifs nationaux de réduction de la consommation de pesticides et de développement de l'agriculture biologique ont été développés. Ces perspectives d'évolution des systèmes agricoles camarguais ont été évaluées, via la formalisation de nombreuses données et connaissances. Deux outils de modélisation ont été utilisés : un modèle multi-agent a permis la mise en place de séances de simulation interactives avec des agriculteurs, et un modèle bioéconomique a été développé et utilisé avec des acteurs locaux tels que le syndicat des riziculteurs et le parc naturel régional.Les scénarios portant sur la réforme de la PAC ont confirmé la dépendance des exploitations rizicoles aux subventions. Des agriculteurs ont testé différentes stratégies d'adaptation de leurs exploitations à la suppression de l'aide couplée à la production rizicole. Ces stratégies, souvent basées sur la diversification des activités ou sur la conversion à l'agriculture biologique, ne permettaient pas de compenser les pertes économiques liées à la disparition de l'aide couplée. A l'échelle du territoire, ces stratégies réduiraient fortement la surface cultivée en riz, avec des impacts importants sur d'autres activités en lien avec la production agricole. Cependant ces stratégies vont dans le sens des objectifs gouvernementaux de réduction des impacts de l'agriculture sur l'environnement. Des scénarios portant spécifiquement sur ces objectifs ont permis d'identifier des marges de manœuvre importantes au niveau des exploitations céréalières camarguaises.Cette thèse propose un cadre pour la mise en œuvre de démarches d'évaluation des systèmes agricoles dans un territoire, qui associe les agriculteurs et les acteurs locaux à différentes étapes, depuis leur engagement pour le choix des scénarios, l'acquisition et l'analyse des données, la construction des outils de simulation et l'évaluation de scénarios. La combinaison de différents outils de modélisation pour la réalisation de réflexions collectives, pourrait contribuer à la mise en place d'actions pour un développement durable de l'agriculture / Agricultural systems are constantly evolving driven by technical and organizational innovations and changes in their socio-economical context. At regional scale local stakeholders can encourage and accompany foreseen changes if they can have clear visions of their potential impacts. The objective of the PhD thesis was to develop and test a framework to assist farmers and local stakeholders of a region in the building and assessment of scenarios related to agricultural systems. This framework is based on different modeling approaches for a participative, integrated, multi-scale and prospective assessment of agricultural systems. It was implemented in the Camargue region, South-East of France, with cereal farmers and local stakeholders involved in agricultural production and territorial management.Scenarios assessed were related to the reform of the common agricultural policy (CAP) of the European Union in 2012-2014, and to national objectives of reduction in pesticide use and extension of organic farming (OF). Several data and expert knowledge have been formalized and used in these simulations of scenarios. Two modeling tools have been used for scenario assessment with stakeholders: an agent-based model allowed interactive simulation sessions with farmers, and a bio-economic model was co-developed and used with local stakeholders such as the French Union of Rice Producer and Industry and the Regional Natural Park, both important stakeholders influencing local agricultural systems. Assessing scenarios related to the CAP reform showed the strong dependency of rice farms to EU subsidies. Farmers involved in the sessions tested several adaptation strategies for their farms in response to the disappearance of the rice coupled payment. These strategies often implied a diversification of production and/or the conversion to OF, but they did not allowed to compensate the economic loss due to the suppression of the rice coupled payment. At the regional level, these strategies would lead to an important decrease on the area cultivated with rice, and therefore have an impact on other related activities in the region. Diversification of production is also a key strategy in scenarios related to governmental objectives of reducing pesticide use and conversion to OF. Therefore, in Camargue, there is room for maneuver for conciliating environmental and economic objectives related to agricultural production.This thesis proposed and applied a framework for participatory integrated assessment of agricultural systems. This framework associates closely farmers and other stakeholders in all phases of scenario assessment (scenario definition, data gathering and analysis, the building and use of models). The way different modeling tools are used in this framework could contribute for collective assessment of future farming systems and support collective actions for sustainable agricultural development.

Feed grain consumption in Virginia and the mid-Atlantic region is more than double the total production. Producing more feed grains in this region could generate more profit for grain growers and lower costs for end-users. Increased feed grain production in this region will necessitate improved corn (Zea mays L.) management techniques and adoption of alternative feed grains such as grain sorghum (Sorghum bicolor L.). In order to achieve our overall objective of increased corn and grain sorghum production in the region, experiments were conducted to assess tools with the ability to increase the efficiency of sidedress nitrogen (N) application for corn and to test the performance of grain sorghum in both full season and double-crop rotations in this region. For the corn studies, seven field experiments were established in 2012-2014 with four replications in a randomized complete block design. Treatments included a complete factorial of four different preplant N rate (0, 45, 90, 134 kg ha-1) with three different approach simulation model-prescribed rates (Virginia Corn Algorithm, Maize-N, Nutrient Expert-Maize) and the standard Virginia yield-goal based approach. No differences in corn yield were found between the different simulation model and preplant N rate, however the prescribed sidedress N rate varied significantly due to the simulation model, preplant N rate and the interaction between them. The nitrogen use efficiency (NUE) was estimated based on partial factor productivity (PFP) of nitrogen. The greatest PFP resulted from use of the Virginia Corn Algorithm (VCA), which produced 68 kg grain kg N-1 compared with 49 kg grain kg N-1 for the yield-goal based approach. While the VCA shows promise as a tool for improving NUE of sidedress applications in corn, more research is needed to validate performance. Soybean (Glycine max L.) is often double-cropped after small grain in the mid-Atlantic region. Growing grain sorghum in this niche in the cropping system instead could result in greater overall feed grain production. In order to assess the performance of grain sorghum as an alternative in common cropping systems, four field experiments were established at the Southern Piedmont Agriculture Research and Extension Center (SPAREC) and Tidewater Agriculture Research and Extension Center (TAREC), near Blackstone and Holland, Virginia, respectively. The experiments were conducted using a split plot design with four replications and fourteen treatments. Main plot was winter small grain crop; either barley (Hordeum vulgare L.), triticale (x Triticosecale.), wheat (Triticum aetivum L.) or winter-fallow and the subplot either soybean or sorghum. In three of four instances, full season sorghum yields were greater than double-cropped sorghum after small grain. At two locations, sorghum yields following triticale were lower than when following barley, possibly indicating an antagonistic or allelopathic effect of triticale. The most profitable cropping system was wheat-soybean based on the price assumptions and measure yields in this experiment. Among the sorghum cropping system, the most profitable system was also wheat-sorghum. Sorghum can be successfully grown in both full-season and double-crop systems and offers good potential to increase feed grain production in this region. / Ph. D.

Les légumineuses sont souvent considérées comme des cultures clés pour une agriculture durable. Dans ce cadre, elles sont souvent cultivées en association avec les céréales et présentent de nombreux avantages d'ordres agronomique, environnemental et socio-économique. Cependant, malgré ces nombreux avantages, leur part dans l'agriculture européenne est encore très limitée. Dans la région Midi-Pyrénées (sud-ouest de la France), la superficie occupée par les légumineuses ne représente que 1 à 3% de la superficie totale cultivée, traduisant la réticence des agriculteurs à cultiver ce type de culture. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse étaient de: i) identifier les principales contraintes pour la production de légumineuses dans la région Midi-Pyrénées, ii) identifier les principaux leviers techniques et socio-économiques (exprimés sous forme de scénarios) afin de promouvoir les légumineuses dans les systèmes de cultures actuels et iii) évaluer, en utilisant la chaîne de modélisation APES-FSSIM-indicateurs, les impacts de ces scénarios en calculant des indicateurs socio-économiques et environnementaux au niveau de trois exploitations représentatives (FT1, FT2 et FT3) de la diversité observée au niveau de la zone d'étude.L'identification des principales contraintes a été basée sur la bibliographie et les dires d'experts locaux. Ces contraintes traduisent la sensibilité des légumineuses aux types de sols et de climat, les compétences techniques demandées pour cultiver convenablement des légumineuses, la compétitivité économique des légumineuse par rapport aux autres cultures et à l'actuel prix et rendement des légumineuses et surtout leurs variabilité inter-annuelle. Pour promouvoir les légumineuses, des scénarios alternatifs ont été définis et comparés à la situation actuelle (scénario de référence). Les scénarios alternatifs, se différencie par rapport au scénario de référence par les paramètres suivantes: l'introduction de nouvelles rotations à base de légumineuses dans les systèmes de culture actuels (Stec.innov), l'octroie d'une prime spécifique aux légumineuses (Spremium), l'augmentation du prix de vente ( Sprice) et du rendement (Syield) des légumineuses, la réduction de la variabilité du prix (Sprice.var) et du rendement (Syield.var) des légumineuses et enfin, la combinaison de tous ces paramètres dans un seul scénario (Scomb). Tous les scénarios ont été simulés et comparés en utilisant la chaîne de modèles APES-FSSIM-indicateurs. Cette chaine de modèles a permis de calculer des indicateurs environnementaux et socio-économiques.Les résultats ont montré que, contrairement aux attentes, l'introduction de nouvelles rotations et la réduction de la variabilité des rendements ou des prix (Stec.innov, Sprice.var et Syield.var) n'entrainent pas l'augmentation de la superficie des légumineuses. Toutefois, une augmentation de la superficie des légumineuses a été observée pour les scénarios Spremium, Sprice, Syield et Scomb. Le scénario combiné (Scomb) a été jugé comme le plus efficace, montrant une augmentation importante de la superficie des légumineuses, soit 34 ha, 32 ha et 7 ha respectivement pour FT2, FT3 et FT1. Ce changement a entrainé également une modification significative au niveau des valeurs des indicateurs socio-économiques et environnementaux. L'augmentation de la superficie des légumineuses et la variation des indicateurs économiques et environnementaux dépendent des caractéristiques structurelles des exploitations, de la part de la surface irriguable, des systèmes de culture présents et des types de sol au niveau de chaque exploitation.Les résultats de cette étude montrent que l'application d'une nouvelle politique pour promouvoir les légumineuses, peut conduire, selon les stratégies de production adoptées par les agriculteurs afin de maximiser leurs revenus, à plusieurs changements économiques et environnementaux. Ces stratégies se traduisent principalement par la modification des superficies allouées / Grain legumes are generally considered as key crops for sustainable agriculture. They offer many agronomic, environmental and socio-economic benefits when grown in succession with cereals. Although grain legumes have many advantages, their share in European agriculture is still very limited. In the Midi-Pyrénées region (south-west of France), their area varies from 1 to 3% of the total cultivated area, moreover farmers show little interest in growing grain legumes on their farms. In this context, the objectives of the thesis were to; i) identify the main constraints for grain legume production in the Midi-Pyrénées region, ii) identify key technical and socio-economic levers (expressed as scenarios) to promote grain legumes in current cropping systems and iii) assess, by using the APES-FSSIM-Indicators modelling chain, the impacts of these scenarios on the socio-economic and environmental behaviours of three representative arable farm types (FT1, FT2 and FT3) of the Midi-Pyrénées region.The main constraints have been identified based on bibliography and in consultation with local experts. These constraints are derived from the grain legumes sensitivity to: soils and climatic conditions, farmer technical skill and expertise for sowing and harvesting the grain legumes, economic competitiveness in comparison with cereals and their yield and market prices amounts and fluctuations. From the above statement, the alternative scenarios, in comparison to the current situation (reference scenario) have been identified to promote grain legumes. They included, the introduction of new grain legumes rotations in current cropping systems of the region (Stec.innov), provision of more premiums to grain legumes (Spremium), increase in sale price (Sprice) and yield (Syield) of grain legumes, reduction in price (Sprice.var) and yield (Syield.var) variability of grain legumes, and combination of all these components (Scomb). All scenarios have been assessed with quantitative environmental and socio-economic indicators and are calculated with the APES-FSSIM-Indicators modeling chain.Results show that, contrary to expectation, the introduction of new legumes rotations or the reduction of yield or price variability (Stec.innov, Sprice.var and Syield.var) did not increase the grain legumes area. However, an increase in grain legumes area was observed for Spremium, Sprice, Syield and Scomb. The combined scenario (Scomb) was found to be most efficient, showing an important increase in grain legumes area by 34 ha, 32 ha and 7 ha respectively for FT2, FT3 and FT1 with a significant change in socio-economic and environmental indicators for all three farm types. The increase in grain legumes area and modification in economic and environmental indicators depend on the farm characteristics and can be explained by the differences in irrigable area between irrigated crops (i.e. maize, peas and soybean), cropping pattern, soil types and climatic conditions (rainfed and irrigation) on the three farms types.The results obtained from this study show that the modification of policies or the inclusion of new technologies, may lead to several economic and environmental changes, which reveal the adaptation strategies adopted by farmers in order to optimize their farm income. These strategies are mainly implemented by modifying the areas allocated to different crops on different soil types and by changes of management practices. The grain legumes area can be increased on Midi-Pyrénées farming system by the combination of slightly increase in premium, sale price and crop yield of the grain legumes. This methodology can easily be adapted to other regions of France and also EU for identifying the main developmental conditions for grain legumes production provided the skilled experts are properly selected and sufficient data are available for parameterization of the modeling chain.

La perspective de la culture de variétés transgéniques pose, pour de multiples raisons, le problème de la ségrégation de filières de production basées sur la même espèce dans les paysages agricoles : demande d'une filière « sans OGM » ; coexistence de productions alimentaires et non alimentaires… La réglementation européenne fixe un seuil de présence fortuite d'OGM au-delà duquel un produit, même issu d'une variété non-OGM, doit être étiqueté comme contenant des OGM. La Commission européenne a émis des recommandations sur l'adoption de pratiques favorisant la coexistence entre cultures OGM et non-OGM de façon à ce que les agriculteurs puissent garder la liberté de choisir le mode de production qu'ils souhaitent. Dans ce contexte, il est important de pouvoir estimer a priori le taux d'impuretés OGM dans les récoltes de parcelles non-OGM, en fonction de leur organisation spatiale et du climat, mais aussi de comprendre et prédire l'effet de modifications de pratiques agricoles sur ce taux. L'expérimentation peut apporter des éléments de connaissances des phénomènes, la modélisation s'avère cependant plus pertinente pour répondre aux demandes d'aide à la décision (principalement publique) pour des situations agricoles et climatiques diversifiées. L'objectif de la thèse est donc de dégager un cadre méthodologique générique pour le développement de modèles de flux biologiques combinant de façon dynamique modélisation, évaluation et expérimentation. Le travail de thèse a consisté en la conception et l'évaluation du modèle MAPOD qui simule les flux de gènes chez le maïs à l'échelle du paysage. Ce modèle est basé sur une fonction de dispersion individuelle qui dépend de paramètres biologiques et climatiques et qui calcule une probabilité de fécondation en un point (x, y) en fonction de la distance à la source émettrice de pollen (pollinisation efficace). Il comporte un module de dynamique de floraison qui rend compte des conséquences des synchronismes ou asynchronismes de floraison entre champs sur les taux d'OGM dans les récoltes. Le modèle permet de déterminer l'effet de la distribution spatiale des parcelles de maïs, des caractéristiques variétales, du climat et des itinéraires techniques sur les taux de pollinisation croisée. MAPOD a été mis au point à partir de données de la littérature et d'expérimentations menées par le GEVES. Cette première version a été évaluée grâce à un second jeu de données provenant du GEVES. Elle a aussi fait l'objet d'une analyse de sensibilité. Les résultats obtenus ont permis de définir les pistes d'amélioration de l'algorithme. La qualité prédictive de MAPOD a ensuite été estimée grâce à des données issues de suivis effectués pendant 5 ans dans des parcelles d'agriculteurs en Catalogne, région où le maïs Bt est cultivé à grande échelle. La pertinence des décisions prises grâce aux sorties du modèle a aussi été caractérisée. MAPOD a été utilisé pour simuler différents scénarios d'introduction de variétés OGM dans les systèmes de culture européens. L'efficacité de mesures individuelles de coexistence a été testée. Ensuite, c'est l'effet de combinaison de pratiques qui a été simulé, aboutissant à l'établissement de tables de décision en fonction du contexte de culture. À l'échelle du bassin de collecte, l'efficience des stratégies de ségrégation (spatiale, temporelle) pouvant être mises en place par les organismes de collecte-stockage a aussi été étudiée grâce au modèle. Enfin, les sorties de MAPOD ont servi comme support pour la mise au point d'un outil d'aide à la décision à destination des agriculteurs et de leurs conseillers. / Consumer demand for food free of GMOs is growing and if production standards are to be met, food and non-food chains must be separated. Indeed, European Commission regulations 1829/2003 and 1830/2003 stipulate that food and feed thought to be GMO-free but found to be containing more than a 0.9% portion of an adventitious presence of authorized GMOs have to be distinguished, traced and labelled as such. Moreover, to ensure that producers have a choice a choice among differing types of production, the European Commission has issued recommendations that permit the coexistence of non-GM and GM crops. This poses the problem of how to deal with coexistence in an agricultural supply chain dedicated to handling a single crop species. To help in the elaboration of coexistence rules, and then assess their feasibility and their consequences as well as for setting up monitoring and control schemes, specific field experiments, even if necessary, are not sufficient as their predictive value remains restricted to a given context. It is necessary to be able to forecast the fate of GM crops at the landscape level taking into account the various cropping systems and agricultural practices that may occur across Europe. The key to forecasting spread and behaviour of GM plants and seeds as well as their impacts under a wide range of agro-ecosystems is modelling. Models reproduce the functioning of agro-systems and take into account the relevant factors and processes as well as their interactions. They thus make it possible to simulate the behaviour of agro-systems in non-observed situations and on a long term basis.This doctoral thesis establishes a methodological framework for the development of biological flow models thanks to the dynamic interactions of modelling, evaluation and experimentation. In a first phase, the work involved the design of the MAPOD® model developed in relationship to literature and varietal experiments carried out by GEVES. MAPOD® simulates gene flow between maize crops at the landscape scale. It is based on an individual dispersal function which depends on biological and climatic parameters. It calculates the probability of fecundation at a (x, y) point as a function of distance from the pollen emitter (efficient pollination). Its flowering dynamics module makes it possible to take into account of the consequences of flowering time - lags on GM adventitious presence in harvests. MAPOD® evaluates the effect of the spatial distribution of maize plots, varietal characteristics, and climate as well as agricultural practices on cross-pollination. In this investigation, in a second phase the initial version of MAPOD® was evaluated with another dataset provided by GEVES. Ways to improve the algorithm were thereby defined. In a third phase, the predictive quality of MAPOD® was estimated by comparing model outputs to cross-pollination rates which were obtained by monitoring farmers' fields in Catalonia (Spain) over a 5-year period. The relevance of decisions made according to model output was also evaluated.In a fourth phase, MAPOD® was used to simulate different scenarios involving the introduction of GM varieties into European cropping systems. The efficiency of individual coexistence measures was tested. Afterwards, the effect of combining different types of practices was simulated, leading to a set of decision-support tables elaborated according to the cropping context. At the scale of the collecting basin, with the enhanced version of MAPOD®, the efficiency of segregation strategies (spatial or temporal) that could be implemented by collecting and storing organisations was also studied. Lastly, model outputs were used as a basis for the design of a decision-support tool for use by farmers and extension workers.

Cette thèse vise à développer une méthode générique de modélisation des dynamiques passées et actuelles de l'organisation territoriale de l'activité agricole (OTAA). Nous avons développé une méthode de modélisation stochastique fondée sur des modèles de Markov cachés qui permet de fouiller un corpus de données spatio-temporelles d'occupations du sol (OCS) en vue de le segmenter et de révéler des dynamiques agricoles cachées. Nous avons testé cette méthode sur des corpus d'OCS issus de sources variées et appartenant à des territoires agricoles de dimensions. Cette méthode apporte 3 contributions à la modélisation de l'OTAA : (i) la description de l'OTAA suivant une approche temporo-spatiale qui identifie des régularités temporelles, puis les localise en segmentant le territoire agricole en zones compactes de régularités temporelles similaires; (ii) la fouille des voisinages des successions d'OCS et de leurs dynamiques; (iii) l'articulation des régularités révélées par notre approche de fouille de données à l'échelle régionale avec des règles identifiées par des experts en agronomie et en écologie à des échelles plus locales en vue d'expliquer les régularités et de valider les hypothèses des experts. Nos résultats valident l'hypothèse que l'OTAA se prête bien à la représentation par un champs de Markov de successions. Cette thèse ouvre la voie à une nouvelle approche de modélisation de l'OTAA explorant le couplage entre régularités et règles, et exploitant davantage les outils d'intelligence artificielle. Elle constituerait les prémices de ce qui pourrait devenir une agronomie numérique des territoires / The purpose of this thesis is to develop a generic method for modelling the past and current dynamics of Landscape Organization of Farming Activity (LOFA). We developed a stochastic modelling method based on Hidden Markov Models that allows data mining within a corpus of spatio-temporal land use data to segment the corpus and reveal hidden agricultural dynamics. We applied this method to land use corpora from various sources belonging to two agricultural landscapes of regional dimension. This method provides three contributions to the modeling of LOFA : (i) LOFA description following a temporo-spatial approach that first identifies temporal regularities and then localizes them by segmenting the agricultural landscape into compact areas having similar temporal regularities; (ii) data mining of the neighborhood of land use successions and their dynamics; (iii) combining of the regularities revealed by our data mining approach at the regional level with rules identified by agronomy and ecology experts at more local scales to explain the regularities and validate the experts' hypotheses. Our results validate the hypothesis according to which LOFA fits well a Markov field of land-use successions. This thesis opens the door to a new LOFA modelling approach that investigates the combining of regularities and rules and that further exploits artificial intelligence tools. This work could serve as the beginning of what could become a numerical landscape agronomy

Dans le cadre de l’évaluation multicritère des systèmes en protection intégrée contre les adventices (PIC-Adventices), cette étude a eu pour objectif d’étudier l’impact de la combinaison de pratiques alternatives à l’usage d’herbicides sur les émissions de N2O par les sols. L’étude a été conduite sur quatre systèmes de culture, un système de référence en agriculture raisonnée (S1) et trois systèmes PIC-Adventices (S2, S3, S5), sur le site expérimental Dijon-Epoisses (47°20'N, 5°2'E). La mise en place de dispositifs de mesure à haute résolution, alliant la méthode des chambres d’accumulation de gaz en surface du sol aux analyses de gaz par infrarouge, a permis d’estimer l’intensité des émissions de N2O pour les sols argilo-calcaires caractéristiques de la plaine dijonnaise, avec des flux moyens compris entre -6 et 257 g N-N2O ha-1 jour-1. Cette intensité s’est avérée étroitement liée à certains paramètres environnementaux (température, part de porosité occupée par l’eau, teneur en azote), et certaines pratiques agricoles, induisant des différences significatives entre les systèmes. Les émissions de N2O ont notamment été affectées par le mode de gestion des sols et la nature des cultures constituant la succession de chaque système. L’absence de travail du sol depuis 2008 dans le système S2 s’est traduite par une amplification des émissions de N2O d’un facteur multiplicatif d’au moins six par rapport aux autres systèmes pour l’année 2012. Par ailleurs, ces émissions équivalentes à 0.7 t C-CO2 ha-1 pourraient avoir compensé la séquestration de carbone additionnelle induite par le travail réduit du sol pendant la période de mesure. De la même manière, la dégradation des résidus de culture légumineuse, dans les systèmes S3 et S5 ont respectivement stimulé les émissions de N2O en 2011 et en 2012, en comparaison avec le système de référence S1. Par ailleurs, le suivi mensuel de la taille des communautés microbiennes du sol a également permis de mettre en évidence une variabilité temporelle liée aux pratiques culturales (travail du sol, récolte), en plus de la variabilité saisonnière. En revanche, dans cette étude les variations de taille des communautés microbiennes nitrifiantes et dénitrifiantes ne sont pas apparues comme un facteur d’explication de la variabilité des émissions de N2O, quel que soit le système. Enfin, l’approche par la modélisation des émissions de N2O sur les quatre systèmes, à l’aide des modèles NOE et DNDC, a permis d’identifier les principaux facteurs de régulation de ces émissions. De surcroît, le modèle NOE a bien identifié le système de culture S2, sans travail du sol, comme étant le système le plus émetteur de N2O, conformément aux observations de terrain. Cette étude renforce donc la pertinence de la modélisation pour estimer et analyser les émissions de N2O dans différents systèmes de culture. / In the context of the multicriteria evaluation of Integrated Weed Management (IWM) cropping systems, our study highlights the impacts of the combination of alternative agricultural practices to herbicide reliance on N2O emissions from soils. The study was located at the INRA experimental site of Dijon-Epoisses (47 ° 20'N, 5 ° 2'E) and considered 4 cropping systems, a reference system designed to maximize financial returns (S1) and three IWM systems (S2, S3, S5). The setup of high resolution measuring devices, combining the non-steady state chamber method with infrared gas analysis, allowed to estimate the intensity of N2O emissions from the calcareous clay soil, which is specific of Dijon plain, with average fluxes laying between -6 and 257 g N2O-N ha-1 day-1. The intensity of fluxes was closely related to environmental parameters (temperature, water filled pore space, inorganic N amount) and particular agricultural practices, leading to significant differences between systems. N2O emissions were notably affected by soil management and nature of crops. The conversion of S2 system to no-till in 2008 increased the N2O emissions, fluxes being at least 6 times more important than those emitted by the other cropping systems, during the year 2012. Moreover, these emissions, equivalent to 0.7 ha-1 C-CO2 ha-1, could have offset the soil additional carbon sequestration induced by reduced tillage during the studying period. Similarly, the degradation of legume crop residues in the S3 and S5 systems respectively enhanced N2O emissions in 2011 and 2012, by comparison with the S1 reference system. Elsewhere, the monthly monitoring of the soil microbial communities sizes has also helped to highlight temporal variability induced by the agricultural practices (tillage, harvest) as well as the seasonal variability. However, in this study the fluctuations of nitrifying and denitrifying communities sizes observed did not explain the variability of N2O emissions, whatever the considered cropping system. Finally, the modeling of N2O emitted from the 4 cropping systems, using NOE and DNDC models, allowed to identify the mains factors regulating the emissions. In addition, the NOE model accurately identified the S2 system, without tillage, as the most N2O emitter, in accordance with field observations. Thus, our study reinforces the relevance of modeling to estimate and explain N2O emissions in different cropping systems.

Malgré l’impact économique et les enjeux environnementaux liés à la production d’énergie renouvelable par combustion de la biomasse de canne à sucre, les systèmes de culture canniers ne sont optimisés que pour maximiser la production de sucre. Ce travail contribue à l’élaboration d’un module de simulation de l’évolution des composantes du rendement énergétique (CRE) de la biomasse de canne à sucre qui à terme servira à la conception et l’optimisation de systèmes de culture innovants visant une production multi-usages. Les deux critères retenus dans le cadre de ces systèmes de culture sont les rendements énergétique (MJ m-2) et sucrier (kg m-2). En préalable à la formalisation des dynamiques d’évolution des CRE(fractions anatomiques, structures et lignocelluloses) dans la biomasse de canne à sucre, l’influence de facteurs de variations agro-climatiques sur ces dynamiques d’évolution a du être testé. La vérification de cette hypothèse supposant la collecte massive de données au champ, un modèle proche infrarouge de prédiction des CRE dans la biomasse de canne à sucre a été développé. Ce modèle a permis de quantifier les CRE et de suivre leurs évolutions pour 3 cultivars de canne à sucre (R570, R579 et R585) cultivés dans des environnements contrastés (4 sites) durant deux cycles de culture (vierge et première repousse). Cette étude a révélé des différences significatives entre cycles de culture, sites, cultivars, méthodes coupe et composantes anatomiques pour les CRE et le rendement énergétique. Cependant, lerendement en biomasse aérienne de canne à sucre explique 97% de la variabilité du rendement énergétique à la récolte. La maximisation du rendement en biomasse aérienne s’avère être le principal paramètre à optimiser pour maximiser le rendement énergétique de la production. Toutefois, ces nouveaux objectifs de production peuvent être à l’origine de diminution importantes des rendements en sucre par pertes lors du procédé d’extraction. Ces antagonismes doivent être quantifiés et pris en compte dans l’évaluation de performances de système de culture tant que le sucre sera la principale source de rémunération. / In spite of economical impact and environmental challenge linked to renewable energy production from sugarcane biomass combustion, sugarcane cropping system are still optimized for sucrose mass production only. This work aims to build a module for simulation of energetic yield components (CRE) of the sugarcane biomass which will be of interest in future conception and optimization of innovative sugarcane cropping system focusing on multi-uses production objectives. Both energetic yield (MJ m-2) and sucrose mass (kg m-2) are kept for those cropping system. However, checking effects of agro-climatic factors before to formalize the evolution of CRE of the sugarcane biomass (anatomical parts, fiber and lignocellulosic compounds) is required. In parallel a large amount of data from field study is needed. Thus we developed a near infrared model to predict CRE of sugarcane biomass samples from 3 cultivars (R570, R579 et R585) planted in 4 contrasted environments during 2 crop cycles (plat crop and first ratoon). It results from this study that there were significant differences between crop cycles, sites, cultivars, method of harvest and anatomical parts for CRE and energetic yield. Nevertheless, aboveground biomass of sugarcane explains more than 97% of the variability of energetic yield at harvest. Rise in aboveground biomass appears to be the main parameter target to reach rise in energetic yield. However, news production objective can cause important decrease in sugar extracting yield because of sugar looses during extraction process. These antagonisms must be identified, quantified and taking into account for sugarcane cropping system performance evaluation and especially as long as sucrose remains the main source of money.

Rice and maize are global staple food and play an important role in world’s food security strategy. Vietnam is one of rice leading export countries but annually it has to import a considerate amount of maize for cattle food processing. Red River Delta in the north of Vietnam is the second rice bucket of the country, which is responsible formore than 20% of total rice production. The priority crops in the areas are rice and maize and rice-maize system is the leading cropping system in the area. Currently, it is reported that the rice-maize cropping system is not sustainable and its profit is reducing in most of production areas in the Red River Delta. Improving rice cropping system aims is not only to increase rice and maize yields and production but also to improve the land use efficiency, decline the cost of the production and to increase system sustainability. To increase sustainability there must be a linkage of various factors. This review emphasizes on increasing rice-maize crop sustainability by applying appropriate agriculture practices such as reducing chemical fertilization and intensive tillage. / Gạo và ngô là nguồn lương thực chính cho toàn cầu và đóng một vai trò quan trọng trong chiến lược an ninh lương thực của thế giới. Việt Nam là một trong những nước dẫn đầu về xuất khẩu gạo nhưng hàng năm vẫn phải nhập một số lượng lớn ngô để chế biến thức ăn gia súc. Đồng bằng sông Hồng là một trong hai vựa lúa lớn của Việt Nam sản xuất khoảng 20% sản lượng lúa gạo của cả nước. Ở đồng bằng sông Hồng, lúa và ngô là hai cây trồng chính là hệ canh tác lúa-ngô là cơ cấu cây trồng hàng đầu trong vùng. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, rất nhiều đánh giá cho thấy hệ thống canh tác lúa-ngô là hệ thống canh tác không bền vững và các lợi nhuận của mang lại từ cơ cấu canh tác ở hầu hết các khu vực sản xuất ở vùng đồng bằng sông Hồng của Việt Nam đã và đang giảm dần. Do đó, việc cải thiện cơ cấu canh tác lúa-ngô không chỉ nhằm mục đích tăng năng suất lúa và ngô mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng đất, giảm chi phí sản xuất và tăng cường hệ thống canh tác bền vững. Tuy nhiên, để tăng tính bền vững của hệ thống canh tác thì phải liên kết nhiều yếu tố khác nhau. Bài viết này dựa vào các kết quả nghiên cứu của các tác giả khác nhau để đưa ra những giải pháp tích cực làm tăng tính bền vững của hệ thống canh tác lúa-ngô bằng cách áp dụng các phương pháp canh tác hợp lý như giảm sử dụng phân hóa học và các biện pháp canh tác thâm canh như áp dụng phương pháp làm đất tối thiểu.