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8 janvier 2021 16:00

8 avril 2021 17:56

Dans le contexte actuel de changements globaux, faire face au défi multiple et interconnecté de la sécurité alimentaire et des impacts environnementaux s’avère fondamental pour la durabilité des systèmes agricoles. La thèse s’attache ainsi à évaluer les performances agronomiques et environnementales des systèmes en AB, en couplant un suivi expérimental réalisé sur un réseau de 35 parcelles agricoles dans la région Hauts-de-France, avec la modélisation du continuum sol-plante-atmosphère afin de mieux comprendre les processus expliquant les dynamiques de l’eau et de l’azote dans ces systèmes, en vue de promouvoir des pratiques de gestion durables. Dans un premier temps, le drainage d’eau et la lixiviation d’azote ont été quantifiés en couplant les données sol-culture-climat et le modèle LIXIM. L’analyse de la lixiviation des parcelles agricoles a permis de déterminer que les facteurs qui expliquent la variabilité. Outre le fort effet sol et l’importance des conditions climatiques sur le drainage, ils sont principalement liés à la combinaison de précédent cultural et de gestion de la couverture du sol en automne. Ces deux derniers jouent en effet sur la quantité d’azote minéral présent avant la période de drainage et expliquent la position du nitrate dans le profil de sol. Nos résultats ont montré le rôle dichotomique des légumineuses dans les systèmes de grandes cultures en AB, et la faible performance des cultures intermédiaires car semées tardivement en automne dans ce contexte. Dans un second temps, le diagnostic des déterminants de l’écart au rendement des cultures ou yield gap a été réalisé via une approche par modélisation déterministe. Le modèle sol-culture STICS a servi à estimer les différents niveaux de rendement potentiel et décomposer le yield gap, en s’appuyant sur le cas du blé tendre et du triticale. Les résultats montrent que le stress en azote permet d’expliquer la majeure partie du yield gap survenant en AB, et dans une moindre mesure les facteurs liés à la pression biotique, pour des systèmes recourant à peu ou pas d’apport azoté exogène. Finalement, le défi de la fourniture en azote dans les systèmes de grandes cultures en AB a été abordé afin de contribuer à une meilleure efficience d’utilisation de l’azote et une amélioration de la productivité des parcelles. Le modèle STICS a permis de simuler l’impact de pratiques de gestion alternatives de l’azote, par expérimentation numérique menée dans le cadre d’une approche participative, mobilisant les agriculteurs, les conseillers techniques et les chercheurs. Les résultats indiquent l’importance de la succession et des pratiques culturales, en particulier la mise en place de cultures intermédiaires et la gestion du retournement des luzernières. L’optimisation des pratiques des agriculteurs restent ainsi possible, en réduisant les émissions potentielles d’azote par lixiviation ou par pertes gazeuses, sans léser la fourniture en N pour les cultures. Dans les contextes pédo-technico-climatiques étudiés, les systèmes de grandes cultures en AB peuvent ainsi combiner performance agronomique et faibles impacts environnementaux, lorsque la gestion de l’azote est bien maîtrisée.

In the current context of global changes, addressing the multiple and interconnected challenge of food security and environmental impacts is fundamental for the sustainability of agricultural systems. The thesis thus focuses on evaluating the agronomic and environmental performance of organic farming systems, by coupling experimental monitoring carried out on a network of 35 agricultural plots in the Hauts-de-France region, with the modeling of the soil-plant-atmosphere continuum. in order to better understand the processes explaining the dynamics of water and nitrogen in these systems, with a view to promoting sustainable management practices. First, water drainage and nitrogen leaching were quantified by coupling soil-crop-climate data and the LIXIM model. The analysis of the leaching of agricultural plots identified the factors that explain the variability. Besides the strong soil effect and the importance of climatic conditions on drainage, they are mainly linked to the combination of previous crop and management of the soil cover in autumn. The latter two indeed play on the quantity of mineral nitrogen present before the drainage period and explain the position of nitrate in the soil profile. Our results showed the dichotomous role of legumes in field crop systems in organic farming, and the poor performance of intermediate crops because they were sown late in autumn in this context. Secondly, the diagnosis of the determinants of the crop yield gap or yield gap was carried out using a deterministic modeling approach. The STICS soil-crop model was used to estimate the different levels of potential yield and to decompose the yield gap, based on the case of common wheat and triticale. The results show that nitrogen stress explains most of the yield gap occurring in AB, and to a lesser extent the factors related to biotic pressure, for systems using little or no exogenous nitrogen input. Finally, the challenge of supplying nitrogen in field crop systems in organic farming was addressed in order to contribute to better nitrogen use efficiency and improved plot productivity. The STICS model made it possible to simulate the impact of alternative nitrogen management practices, through digital experimentation carried out as part of a participatory approach, mobilizing farmers, technical advisers and researchers. The results indicate the importance of succession and cultivation practices, in particular the establishment of cover crops and the management of alfalfa plantations. Optimization of farmers' practices thus remains possible, by reducing potential nitrogen emissions by leaching or gas losses, without damaging the supply of N for crops. In the pedo-technico-climatic contexts studied, field crop systems in organic farming can thus combine agronomic performance and low environmental impacts, when nitrogen management is well controlled.

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• AB - Spécifique
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• FREDO durabilité
• FREDO environnement
• FREDO fertilisation
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December 2018

4 décembre 2018