Impacts des systèmes de cultures sur l'efficience d'utilisation de l'azote chez le blé et le maïs : Influence du travail du sol, des couverts végétaux d'interculture et de l'historique de fertilisation azotée

par Hazzar Habbib

Thèse de doctorat en Sciences écologiques. AgroÉcologie et Écophysiologie

Sous la direction de Frédéric Dubois et de Thierry Tétu.

Soutenue le 17-01-2017

à Amiens , dans le cadre de École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens) , en partenariat avec Écologie et dynamique des systèmes anthropisés (Amiens) (laboratoire) .

Le président du jury était Bertrand Hirel.

Le jury était composé de Thierry Tétu, Jean-Bernard Cliquet, Karine Pageau, Michèle Boitel-Conti.

Les rapporteurs étaient Bertrand Hirel, Jean-Bernard Cliquet.


  • Résumé

    De tous les éléments nutritifs, l'azote (N) est le plus important pour la croissance des cultures et l'expression du rendement potentiel. La disponibilité en azote minéral constitue un des principaux facteurs limitant de la production quantitative et qualitative des plantes non légumineuses en général et des céréales en particulier. Le maintien des hauts niveaux de production actuels nécessitant de maintenir un état de nutrition azotée optimal des cultures ; L'amélioration de l'efficacité ou l'efficience des apports d’engrais azotés de synthèse devient ainsi une priorité de gestion des systèmes de productions intensifs au niveau national. Améliorer l'efficience d'utilisation de l'azote constitue un sujet de préoccupation depuis de nombreuses années. Diverses approches ont été développées mondialement pour atteindre cet objectif. Parmi celles-ci, figure, la modification des pratiques culturales de type agroécologiques, mises en œuvre dans le cadre de l'agriculture de conservation des sols permettant simultanément de maintenir les niveaux de fertilité naturelle des sols cultivés en luttant principalement contre les phénomènes d'érosion des sols. L'objectif principal de la thèse est d'analyser les nouveaux systèmes de cultures économiquement et écologiquement performants basés sur les techniques d'agriculture de conservation de sols au plan de la nutrition azotée. Nous avons choisi d'étudier l'influence des modifications des pratiques culturales (type de travail du sol, couverts végétaux, niveaux de fertilisation azotée) sur les divers paramètres affectant la productivité végétale et la nutrition azotée de deux céréales (Blé et Maïs). Dans ce cadre, trois expérimentations ont été mises en place au champ pour mieux comprendre les phénomènes agronomiques et processus écologiques s'opérant lors des changements de pratiques culturales. L'objectif finalisé étant de trouver le ou les systèmes de cultures le(s) plus adapté(s) pour obtenir de bons rendements financiers tout en diminuant les apports d'azote minéraux. La première expérimentation réalisée sur le maïs a permis de mettre en évidence, après 4 années de non travail du sol, une augmentation significative de l'efficience d'utilisation de l’azote NUE, de l'indice de récolte d'azote ainsi que de l'efficience de remobilisation de l'azote, valable pour les systèmes de culture développés avec et sans fertilisation azotée. En ce qui concerne la deuxième expérimentation réalisée sur le blé, les résultats obtenus au cours de deux années successives ont montré les mêmes tendances que sur le maïs, avec une augmentation de l'efficience d'utilisation de l'azote, l'efficience agronomique d'utilisation de l'azote, le facteur de productivité partielle de l'azote, le coefficient apparent d'utilisation de l'azote et l'efficience de remobilisation de l'azote. De même secondairement, on a étudié l'indice de nutrition azotée (NNI) pour évaluer le statut de la nutrition azotée du blé entre les deux systèmes de travail du sol. Le travail du sol affecte de façon significative le NNI qui était plus élevé dans les systèmes de non-labour par rapport au système du labour classique. Dans la troisième partie de ce travail réalisée sur le blé, nous avons tenté de préciser les mécanismes physiologiques à l'origine de l'amélioration des divers paramètres de l'utilisation de l'azote constatée en analysant par système de culture, l'efficience photosynthétique d'utilisation de l'azote et de l'eau chez le blé au travers divers paramètres tels que : caractéristiques physiologiques des feuilles, taux de photosynthèse, conductance stomatique, taux de transpiration, indice de teneur en chlorophylle et surface spécifique foliaire. Nous avons ainsi constaté que le blé utilise l'eau et l'azote plus efficacement dans le système sans labour par rapport au système labour classique. Au même stade de développement du blé, le taux de photosynthèse et la surface spécifique foliaire étaient plus élevés en modalités [...]


  • Résumé

    Of all the essential nutrients, nitrogen (N) is the most important for crop growth and yield potential. The mineral N availability is a major limiting factor of quantitative and qualitative production of crops in general and cereals in particular. Maintaining the current high production levels requires managing crops to provide an optimum nitrogen nutrition. Therefore, the agricultural management practices must be at forefront of measures to sustain crop productivity and N efficiency in the intensive production systems at national level. In the last three decades, improving N use efficiency in crops (NUE) has been one of the most important challenge in modern agriculture. Therefore, various scientific, technological and agronomic approaches have been developed in parallel to improve our knowledge on the genetic and physiological basis of NUE for further breeding and agronomic applications. In particular, it has been emphasized that agricultural management practices on both short- and long-term perspectives must be at forefront of measures to develop sustainable crop productivity with regards to NUE improvement. The main objective of this work is to examine the new cropping systems, economically and environmentally efficient, based on conservation agriculture techniques. In other words, to investigate the influence of modification in agricultural practices (tillage system, cover crops) on the parameters affecting plant productivity and nitrogen nutrition of two cereals (wheat and maize). In this context, three field experiments were conducted to understand agricultural phenomena taking place during changes in farming practices, in order to examine the most sustainable agricultural system for maintaining crop productivity while rationalization of N fertilizer usage. A two-year experiment was conducted in the field to measure the combined impact of tilling and N fertilization on various agronomic traits related to NUE and to grain yield in maize cultivated in the presence of a cover crop. Four years after conversion to no-till, a significant increase in N use efficiency N harvest index, N remobilization and N remobilization efficiency was observed both under no and high N fertilization conditions. The second field study was conducted during two consecutive years to evaluate the combined effect of tilling, cover crops and N fertilization on various agronomic traits related to nitrogen use efficiency and to N nutrition in wheat. Five years after conversion to no-till, a significant increase in N use efficiency, N utilization efficiency, N agronomic efficiency, N partial factor productivity, N apparent recovery fraction and N remobilization was observed under three levels of N fertilization. Moreover, we observed that grain yield and grain N content were similar under tillage and no-till conditions. The N nutrition index was higher under no-till conditions at the three rates of N fertilization. Moreover, N use efficiency related traits and N nutrition were increased in the presence of cover crops both under no-till and conventional tilling conditions. Thus, agronomic practices based on continuous no-till in the presence of cover crops appear to be a promising strategy to increase N use efficiency and N nutrition in wheat while reducing both the use and the loss of N-based fertilizers.In the third study, wheat plants were grown under tillage and no- till conditions, with and without cover crops under no and high nitrogen fertilization conditions, to evaluate the combined effect of tilling and N fertilization on photosynthetic nitrogen use efficiency and photosynthetic water use efficiency through its impact on leaf physiological traits, such as photosynthesis rate, stomatal conductance, transpiration rate, leaf area ratio and specific leaf area. Six years after conversion to no-till, in the presence and in the absence of cover crops, a significant increase in water use efficiency and soil water content was observed both under [...]


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