Academic literature on the topic 'Cultures et azote'

Deux installations pilote destinées au traitement d'effluents secondaires par culture de micro-algues (Scenedesmus sp.) ont été opérées à Valcartier (effluents domestiques) et Vaudreuil (effluents semi-industriels). Des bassins de 15 000 L ont servi aux cultures en vrac sous conditions naturelles, avec apport de CO2 atmosphérique par huilage. Les paramètres physiques, chimiques et biologiques ont été mesurés. Les résultats montrent que, malgré les limitations en CO2 et en azote, un enlèvement moyen d'environ 95 % pour l'azote (N-NH4+, N-NO2-, N-NO3-) et de 60 % pour le phosphore (P-PO4-3) a été possible à Valcartier durant l'été; les données correspondantes sont de 92 % et de 98 % à Vaudreuil où la production de biomasse (1,02 mg/L-h) a été plus forte qu'à Valcartier (0,39 mg/L-h). Les facteurs pouvant expliquer les différences observées aux deux sites sont présentées. Les résultats montrent la faisabilité technique, durant l'été, de ce type de traitement tertiaire.

Le processus de nitrification joue un rôle essentiel dans le cycle de l'azote dans les milieux aquatiques naturels. La mesure de l'activité nitrifiante est une étape obligée pour bien comprendre et quantifier les flux d'azote dans ces milieux. Ce travail présente une réévaluation de la méthode de mesure de l'activité nitrifiante autotrophe par la méthode d'incorporation de bicarbonate marqué au 14C et son application pour estimer des biomasses de bactéries nitrifiantes. La validité générale de la méthode a été démontrée par des tests menés sur des inhibiteurs de nitrification qui ont montré que l'utilisation combinée de N-serve (5 ppm) et de chlorate (10 mM) inhibait de manière complète et spécifique l'oxydation d'azote et l'incorporation de carbone des deux groupes de bactéries nitrifiantes. Un facteur de rendement (carbone incorporé par azote oxydé) de 0,1 mole C/mole N a également été déterminé sur des cultures pures de bactéries nitrosantes et nitratantes. Pour l'activité potentielle, en particulier, les conditions optimales pour la mesure d'activité nitrifiante ont également été établis: un pH entre 7 et 8, une température entre 20 et 30°C, une concentration en ammonium d'au moins 1 mmol/l et en oxygène d'au moins 6 mg/l. Une relation entre les mesures d'activité nitrifiante potentielle et la biomasse des bactéries nitrifiantes a été établie sur culture pure. Elle montre que dans les conditions de mesures de l'activité potentielle, 1 µg C de bactéries nitrifiantes oxyde 0,04 µmol N/h

L’objectif de cette étude est de proposer, par approche intégrée, une voie de gestion des déchets agro-industriels : halieutique, avicole, agrumicole. La valorisation énergétique du point de vue de la production de biogaz et aussi la valorisation du digestat qui en découle sont étudiées. Dix mixtures sont établies dans le cadre d’un plan simplexe-centroïde, leur digestion anaérobie dure environ 5000 min, suffisante pour atteindre la stabilité. L’évolution de plusieurs paramètres physico-chimiques tels que le pH, la conductivité, la matière sèche est déterminée. La conversion du carbone organique total (COT), le phosphore (P) et l’azote (NT) sont étudiés et modélisés par les surfaces d’isoréponses. Les contrôles microbiologiques pour vérifier l’hygiénisation des digestats sont menés. Le volume de biogaz produit pour les différents mélanges est mesuré en fonction du temps en utilisant la méthode du liquide déplacé. Finalement, le digestat est valorisé dans la fertilisation des sols agricoles, pour cela des tests de fertilisation sont ainsi conduits sur des cultures de poivrons (Capsicum annum). Les résultats montrent qu’il est possible de générer, après processus de digestion anaérobie optimale, un digestat, intéressant pour une application dans la fertilisation des sols agricoles, hygiénique par l’absence des micro-organismes d’altération, riche en azote, phosphore, potassium, caractérisé par un pH idéal pour la culture de poivrons.

De nos jours, la carence en fertilité des sols est un problème très répandu dans la plupart des pays subsahariens. G. sepium a été testé en association avec le cotonnier, le maïs et le sorgho afin de développer les meilleures pratiques dans deux stations de recherche et en milieu paysan dans les zones soudaniennes et soudano-guinéenne du Mali. L'objectif de cette étude était de développer, avec les producteurs participants, une technologie agro-forestière basée sur le Gliricidia sepium dans le système de culture en couloir. Le dispositif expérimental utilisé a été le Split plot à quatre répétitions. Le pH, le carbone organique du sol et l'azote ont été analysé dans des échantillons de sol de 0 à 20 cm de profondeur prélevés en 2016 au début de l'expérience et en 2018. Les rendements grains moyens de coton, de maïs et de sorgho associés au G. sepium étaient respectivement de 812, 1457 et 1377 kg.ha-1, alors qu'ils étaient significativement plus faibles sans G. sepium, avec 623, 1014 et 807 kg.ha-1 respectivement. Pendant la troisième année suivant la plantation de G. sepium, la teneur en carbone organique et en azote total du sol a augmenté de 5% dans les sols situés entre les allées. Le G. sepium en association avec les cultures a le potentiel d'améliorer leurs rendements et le sol.Mots clés : Carbone organique, azote, rendements, zones soudanienne et soudano-guinéenne, Mali English Title: Evaluation of Gliricidia sepium (Jacq.) Kunth ex. Walp effect on soil fertility, yields of cotton, maize and sorghum Nowdays, soil fertility deficiency is a widespread issue in most Sub-Saharian countries specially where the application of less input is the common agricultural practices. Thus the legume plant, G. sepium was established with cotton, maize and sorghum to develop best practices for increasing crop yield and soil fertility at two research stations and farming environment in the Sudanian and Sudano-Guinean zones of Mali. The objective of this study was to develop an agroforestry technology with farmers based on Gliricidia sepium in alley cropping system. The experimental design was Split plot with four replications. Soil pH, soil organic carbon and nitrogen were analyzed from 0-20 cm deep soil samples taken in 2016 at the beginning of the experiment and in 2018. Mean grain yields of cotton, maize and sorghum associated with G. sepium were 812, 1457 and 1377 kg.ha-1, respectively, while they were significantly lower without G. sepium with 623, 1014 and 807 kg.ha-1 as respectively cotton, maize and sorghum yield. In the third year after planting G. sepium, the soil organic carbon and total nitrogen content increased by 5% between the alleys. G. sepium in association with crops has the potential to improve crop yields and soil fertility.Keywords: Gliricidia sepium, organic carbon, nitrogen, yields, Mali.

Dans les périmètres irrigués du Maroc, la pollution nitrique diffuse des eaux souterraines augmente le risque de détérioration de la qualité des ressources hydriques et engendre un risque sanitaire pour la population rurale s'approvisionnant le plus souvent directement de l'aquifère. La présente étude, réalisée dans le périmètre du Tadla (3600 km2), située au centre du Maroc, vise à faire l'état des lieux de la contamination des eaux souterraines par les nitrates et à identifier les causes potentielles de cette pollution. Le suivi de la concentration des eaux souterraines en nitrates a été réalisé durant la période août 1996 - avril 1998 dans un réseau de cent puits. Les paramètres du milieu physique et des pratiques culturales ont été déterminés soit par des mesures au champs, des analyses au laboratoire ou par enquête auprès des agriculteurs dans un réseau de 40 sites. Les résultats sont présentés sous forme de cartes thématiques par le SIG. Le niveau actuel de la pollution nitrique des eaux souterraines dans le périmètre irrigué du Tadla commence à devenir critique. De part la pollution ponctuelle mise en évidence aux alentours de quelques agglomérations urbaines et à l'aval des sucreries, les zones dont les teneurs en nitrates des eaux souterraines dépassent 50 mg NO3- /l sont localisées en aval des Béni Amir et en aval et à l'Est des Béni Moussa Est. Béni Moussa Ouest reste en général moins polluée que Béni Moussa Est. Les apports excessifs en eau et en engrais azotés pour les cultures pratiquées (blé, betterave, cultures maraîchères, arboriculture et luzerne), sont les causes directes de la pollution diffuse. Par ailleurs, il est certain que la texture du sol (argileuse, argilo-limoneuse et limono-argileuse), la teneur en argile (29% à 55%) et tous les paramètres qui leurs sont corrélés notamment la réserve utile du sol, réduisent le risque de lixiviation des nitrates en profondeur et assurent en conséquence un contrôle naturel de la pollution nitrique des eaux souterraines. Néanmoins, tous les autres facteurs étudiés notamment le niveau des nappes faible par rapport au sol (<4m-12m), la vitesse d'infiltration du sol en milieu saturé généralement élevée (20-450 mm/h), les teneurs assez importantes du sol en matière organique (1.5%-3.5%) et en azote total (0.10%-0.15%), joueraient positivement sur la vulnérabilité de la nappe à cette pollution. De même, le pouvoir de minéralisation élevé des sols couplé aux conditions écologiques favorables à une minéralisation intense de la matière organique native du sol, assez caractéristique des régions irriguées à climat méditerranéen, seraient en partie responsable de cette pollution. Néanmoins, Aucune corrélation n'a été mise en évidence entre la teneur en nitrate des eaux souterraines et les combinaisons linéaires des variables du milieu physique. Ceci serait dû à l'homogénéité du milieu physique et à l'accumulation de la pollution suivant le sens d'écoulement des nappes de l'amont vers l'aval hydraulique. Vu le niveau d'intensification agricole que connaît cette région, la situation risquerait de s'aggraver rapidement induisant, en dehors de toute mesure de prévention, la détérioration de la qualité des eaux souterraines dans cette région.

RésuméLa Seine, un des fleuves les plus anthropisés d’Europe, reçoit les rejets des eaux usées de près de quinze millions d’habitants, soit le quart de la population française, dont dix millions sont concentrés dans l’agglomération parisienne. Suite à la directive européenne 91/271, l’assainissement des eaux usées de l’agglomération parisienne est actuellement remodelé et amélioré. Les flux d’azote, rejetés auparavant en Seine, seront progressivement traités via des procédés basés sur des cultures libres (boues activées) ou fixées (biofiltres immergés) permettant la nitrification et la dénitrification de la pollution azotée.Néanmoins, il est désormais admis que de l’oxyde nitreux (N2O), un gaz à effet de serre destructeur de la couche d’ozone, pourrait être émis dans l’atmosphère de façon significative durant le traitement biologique de l’azote en station d’épuration (STEP). Ces émissions ont été quantifiées en fonction des charges en azote traitées et des procédés utilisés, en conditions expérimentales. En se basant sur ces résultats, nous avons évalué les émissions de N2O sur l’ensemble des stations d’épuration de l’agglomération parisienne, dans les conditions actuelles des traitements pratiqués, mais également estimé les émissions futures, suite aux principaux changements prévus aux horizons 2006-2008 et 2012-2015.Les estimations conduisent à des émissions actuelles de N2O de l’ordre de 60‑120 kg N‑N2O/j, qui augmenteront à l’issue de la première étape des travaux (2006-2008) à 320‑480 kg N‑N2O/j, pour atteindre 370‑750 kg N‑N2O/j en 2012‑2015. Les niveaux les plus bas de ces émissions pourraient être atteints si le traitement de l’azote se fait avec une oxygénation supérieure à 2 mgO2/L en nitrification et en dénitrification, avec des conditions d’anoxie totales et un ajout de méthanol permettant 100 % de la réduction de la charge en nitrate.Compte tenu de nos résultats pour les stations d’épuration (60‑120 kg N‑N2O/j) et ceux obtenus pour la Seine à l’aval du rejet des effluents non traités pour l’azote (90‑200 kg N‑N2O/j), les émissions actuelles de N2O sont estimées à 150‑320 kg N‑N2O/j, et celles du futur augmenteraient d’un facteur d’à peine 2 quand le traitement de l’azote sera complet en stations d’épuration; cette augmentation est relativement faible si l’on tient compte de la gamme de nos estimations. De plus, à l’échelle du bassin de la Seine, les émissions d’oxyde nitreux liées au traitement de l’azote dans les stations d’épuration de l’agglomération parisienne (actuel et futur) continueront de représenter une faible proportion, de 1 à 10 % par rapport aux émissions provenant des sols agricoles du bassin amont (4100‑8200 kg N‑N2O/j).

Les extraits de plantes représentent un groupe complexe de substances dont les propriétés peuvent être utilisées pour manipuler le fonctionnement du rumen. Parmi eux, les tannins condensés, les huiles essentielles et les saponines ont été largement évalués pour leurs effets bactéricides/bactériostatiques. La variété de structure chimique des tannins condensés est, sans doute, à l’origine de leur différence de réactivité mais aussi d’une activité différente vis-à-vis des microorganismes du rumen. De façon générale, la croissance bactérienne est d’autant plus inhibée que la concentration en tannins condensés dans le milieu est élevée. Si les tannins condensés inhibent l'activité des archées méthanogènes, ils seraient sans effet sur les protozoaires. Généralement, les tannins condensés conduisent à une diminution de la concentration en azote ammoniacal dans le milieu ruminal mais n’affectent pas la concentration en acides gras volatils totaux. Si à dose élevée, l’effet est plus marqué in vitro qu’in vivo, à dose identique, l’amplitude de la réponse est différente selon la source de tannins condensés. En ce qui concerne l’action des tannins condensés sur la méthanogenèse, l’effet généralement observé, tant in vitro qu'in vivo, est une diminution de la production de CH4 bien que l’amplitude de la réponse soit variable et dépende de plusieurs facteurs que les études in vitro permettent de mieux cerner. Les effets principaux des huiles essentielles dans le rumen consistent en une réduction de la dégradation des protéines et de l'amidon et une inhibition de la dégradation des acides aminés, en raison de l'action sélective sur certains micro-organismes du rumen. Le pouvoir bactéricide des huiles essentielles vis-à-vis des bactéries (pathogènes ou ruminales) est lié à la structure chimique des molécules aromatiques qui les composent. Elles inhibent la croissance de la plupart des cultures pures bactériennes du rumen à des concentrations inférieures à 100 ppm ; certaines espèces pouvant s'adapter, ce qui explique la diminution voire l’absence d’effet souvent observé in vivo. Certains composés aromatiques ont la capacité de réduire la production de méthane dans le rumen. En revanche, les effets des saponines dans le rumen sont moins nets, en raison probablement du développement de populations microbiennes capables de les dégrader et/ou de l'adaptation des microorganismes à ces extraits de plante. Par ailleurs, en l’état actuel des connaissances, il est impossible de conclure quant à l’effet des extraits végétaux sur la qualité lipidique des produits animaux. Des essais complémentaires conduits in vivo et à long terme restent indispensables pour vérifier les effets observés, dans des conditions d'utilisation plus variées, mais aussi pour s'assurer de l'absence de résidus dans les produits animaux et de leur innocuité pour le consommateur.

The unique conditions associated with discontinuous (batch) dialysis culture of the diatom Phaeodactylum tricornutum elicit different nutritional responses from those observed in nondialysis culture. Simultaneous determinations of the nitrogen biomass concentration and of the nitrogen nutrients (NO3− + NO2−) in the culture chamber, as well as in the seawater nutrient medium at the entrance and exit of the dialyzer, revealed that nitrogen-biomass production in dialysis cultures is achieved mainly (>90%) during postexponential growth, when the concentration of nutrients is limiting (smaller than Michaelis-Menten constant). Almost half of this biomass is produced at the diffusion limit of the apparatus, i.e., when the mass transfer of nutrient substrates, which determines the total uptake activity of the culture, reaches a maximum. In contrast, in nondialysis discontinuous cultures, in which the postexponential growth phase is short, most of the total cellular nitrogen is accumulated during active growth. Certain physiological indices relating to the active uptake and assimilation of inorganic nitrogen are consistent with the different nutritional responses elicited by these two types of culture techniques and explain the high biomass levels obtained in dialysis culture. Key words: dialysis culture, diatom, nitrogen metabolism.

Un réacteur de 10 litres, automatisé pour la culture continue en anaérobiose de bactéries photosynthétiques, a été réalisé et mis au point. Ce réacteur parfaitement agité a été utilisé dans différentes conditions de fonctionnement en système fermé (batch), en système semi-ouvert (atouts de substrats concentrés en discontinu), en système ouvert (chémostat) avec et sans recyclage de la biomasse, afin d'étudier la consommation, par les bactéries, d'un substrat carboné, le lactate. La production d'hydrogène par la bactérie photosynthétique Rhodobacter capsulatus, souche B10, résultant de la dégradation du lactate, est optimale pour des cultures en continu diluées, limitées en source azotée. Ainsi, à un taux de dilution de 0,04 h-1, avec 5 mM glutamate dans le milieu nutritif, la densité bactérienne étant de 2,1 è 660 nm, on a observé une production continue moyenne de 65 ml • h-1• l-1 pendant une période de 200 heures. Pour des concentrations bactériennes élevées, la limitation d'énergie lumineuse entrain une perte d'activité nitrogénase et, de ce fait, une chute de la production d'hydrogène.

Les rendements en agriculture biologique font l’objet de controverses et sont considérés comme plus faibles qu’en agriculture conventionnelle. En Afrique, l’agriculture biologique recouvre une grande diversité de pratiques et les rendements présentent de fortes incertitudes. Les analyses des rendements et des itinéraires techniques en agriculture biologique sont présentées pour trois cultures maraîchères au Sénégal. Les résultats sont ensuite comparés aux rendements usuels de l’agriculture conventionnelle. Deux types de données sont utilisés, provenant de parcelles d’agriculteurs : i) suivi de champs conduits selon des itinéraires techniques d’agriculture biologique vs. itinéraires techniques conventionnels ; ii) résultats issus des actions de l’organisation non gouvernementale ENDA-PRONAT, suivant un cahier des charges copié sur celui de l’agriculture biologique. Les suivis comparatifs de parcelles de chou pommé et de tomate en saison des pluies mettent en évidence des ratios de rendement agriculture biologique/conventionnelle de 74 et 40 % respectivement. Ces valeurs confirment la tendance générale des résultats de la littérature. Elles sont expliquées par une fertilisation azotée plus faible et l’absence de mesures de protection efficace contre les maladies et ravageurs des cultures. Les rendements en oignon des parcelles d’agriculture biologique chez les producteurs sont très variables : en moyenne de 19,4 t/ha à 11,0 t/ha suivant les années dans la zone des Niayes, 21,0 t/ha dans le Bassin arachidier et seulement 8,6 t/ha dans la vallée du fleuve Sénégal. Les rendements de la culture d’oignon au Sénégal observés dans la littérature varient aussi dans de grandes proportions, de 10,7 à 32 t/ha. Dans certains cas, les rendements en agriculture biologique sont supérieurs à ceux des itinéraires techniques de l’agriculture conventionnelle. Ce constat, déjà observé dans la littérature scientifique, montre que l’agriculture biologique est une voie de développement de l’agriculture à ne pas écarter en Afrique.

Dans l'ouest du Burkina Faso où se développe le système coton/céréales, l'entretien organique des sols devient une nécessite absolue. Nos résultats d'études en particulier ceux de Faraka-Ba sur sol ferralitique montrent qu'une fumure minérale seule n'empêche pas une forte décroissance des rendements après un certain nombre d'années de cultures continues. Les exportations culturales, même faibles, entrainent une perte d'éléments minéraux conduisant a une rupture du cycle biogéochimique normal, notamment pour les cations ca#+#+ et mg#+#+ liés aux migrations des nitrates. La suite de nos investigations a porté sur l'évolution du cycle interne de l'azote. Nous constatons que la non-culture entraine une mise en réserve de molécules organiques azotées dans les formes hydrolysables ; par contre, la croissance des végétaux utilise préférentiellement les ions no#3 issus de ces formes. L'apport de fumier empêche l'épuisement de ce pool disponible tout en agissant positivement sur d'autres propriétés du sol. Des études en vases avec #1#5n appliqué sur une culture de digitaria exilis, ont confirmé l'évolution des différents compartiments azotes observée au champ ; l'immobilisation de l'azote engrais s'effectue préférentiellement dans les fractions hydrolysables. Dans une rotation triennale coton/mais/sorgho, en utilisant les tiges de sorgho transformées en fumier, l'entretien organique du sol devient possible à condition de veiller à l'érosion et à l'équilibre calcique du sol

La dénitrification est la réduction biologique des nitrates en azote par les bactéries. Pseudomonas stutzeri a été choisi pour représenter une population dénitrifiant dans un procédé de traitement des eaux usées. Le processus a lieu en deux étapes: réduction des nitrates (NO3-) en nitrites puis des nitrites (NO2-) en azote (N2). La cinétique de réduction des nitrates et de la réduction simultanée des nitrates et de l'oxygène a été étudiée à partir des cultures de Ps. Stutzeri afin de mettre en évidence les phénomènes cinétiques dominants dans le système. Dans un premier temps, les expériences ont été réalisées dans des conditions anaérobies en réacteurs discontinus et continus. L’accumulation des nitrites observée uniquement en culture discontinue est le résultat d'un système de réduction des nitrites plus faible que le système de réduction des nitrates. La réduction des nitrites en azote est l'étape limitante au cours de la dénitrification. Il existe une vitesse maximale de dénitrification égale à la vitesse spécifique maximale de réduction des nitrites. Ceci se traduit par une compétition entre la réduction des nitrates et la réduction des nitrites au niveau de la chaine de transport des électrons. Dans un deuxième temps, une étude cinétique a été réalisée dans des conditions micro-aérobies en réacteur continu. L’interprétation des résultats met en évidence une augmentation de la capacité respiratoire des cellules de Ps. Stutzeri et laisse supposer une augmentation du taux maximal de croissance lorsque les nitrates et l'oxygène sont réduits simultanément. La description d'un système dénitrifiant à l'aide d'un modèle non structuré permet de généraliser les hypothèses cinétiques à l'ensemble de la population dénitrifiante. Ce modèle qui a été établi pour simuler les cultures discontinues permet également de simuler correctement les cultures continues en régime stationnaire et en régime dynamique

L’implantation d’un enherbement sur l’inter-rang d’un vignoble réduit l’impact de la production viticole sur l’environnement et aide à maîtriser la croissance et la production de la vigne. Elle génère une concurrence pour des ressources en eau et azote rares dans le milieu méditerranéen. Ce travail aborde les fonctionnements hydrique et azoté d’une association culturale marquée par un contraste important entre les deux espèces. Un lourd dispositif a été installé en 2002 sur une parcelle près de Montpellier et trois modalités d’entretien du sol ont été étudiées. Une réduction forte et précoce de la croissance de la vigne liée à la concurrence pour les ressources est mise en évidence. Les modalités de gestion de l’enherbement affectent de façon plus ou moins précoces et intenses les différentes composantes du rendement et les années climatiques la qualité du moût obtenu. La dynamique de l’eau est profondément modifiée par la présence du couvert intercalaire. Une approche simplifiée de modélisation du bilan hydrique de ce système est proposée et montre des résultats encourageants. Le ruissellement est diminué significativement mais cet impact varie au cours de l’année avec l’état de surface du sol. Cette infiltration supérieure permet une meilleure recharge hivernale dans les modalités enherbées, particulièrement avec un enherbement permanent. Cependant, cette eau supplémentaire profite essentiellement à l’enherbement. La redistribution du système racinaire de la vigne en présence de l’enherbement (surtout permanent) est la conséquence d’une « croissance compensatoire » déjà observée dans d’autres systèmes. Celle-ci permet à la vigne, dans un sol profond, d’accéder à des ressources en eau inaccessibles pour l’enherbement. Ces nouveaux horizons explorés par la vigne sont pauvres en azote et la concurrence pour l’azote induite par l’enherbement n’est pas réduite. L’enherbement consomme une quantité modérée d’azote qui représente une part non négligeable des flux d’azote dans un système naturellement pauvre. L’assèchement des horizons de surface par la transpiration de l’herbe diminue également la disponibilité de l’azote minéral pour la vigne et stoppe prématurément la minéralisation de l’azote organique. La diminution précoce de la croissance de la vigne enherbée est la conséquence d’une contrainte azotée en début de cycle liée à une mauvaise recharge des réserves pérennes de la plante l’année précédente. On observe que le statut azoté de la vigne se dégrade rapidement lorsque l’humidité des horizons de surface devient défavorable à la minéralisation. Il semble donc, qu’en région méditerranéenne, la contrainte azotée subie par la vigne soit fortement pilotée par la dynamique de l’eau. Ceci met en évidence l’importance des interactions entre fonctionnements hydrique et azoté dans ce système.

L’évaluation de l’impact environnemental des grandes cultures constitue un enjeu croissant à la fois au niveau de la protection du milieu et, au niveau scientifique, en termes de connaissance et de modélisation des processus sources de pollution. En nous restreignant aux pollutions liées à l’élément azote, nous avons procédé à un suivi expérimental ainsi qu’à une modélisation des flux associés, dans le cadre notamment d’une culture de colza à valorisation énergétique. Nous nous sommes intéressés d’une part au lessivage de nitrate sous la zone racinaire, et d’autre part aux émissions d’oxyde nitreux et d’ammoniac vers l’atmosphère. Parmi les différentes approches présentes dans la littérature, deux modèles ont été sélectionnés, correspondant respectivement à une option simple et opérationnelle (modèle CERES), et à une option plus mécaniste et conceptuelle (modèle Daisy). Cinq jeux de données expérimentales couvrant différentes conditions pédo-climatiques ont permis de tester, voire d’améliorer les sous-modèles de transfert d’eau et de nitrate dans le sol, de dénitrification, et de croissance et d’assimilation d’azote par la culture. Globalement, les précisions des modèles CERES et DAISY se sont révélées similaires, DAISY étant plus performant pour la simulation des transferts de masse dans le sol, et CERES pour la simulation de la croissance du colza. En fait, la précision des modèles dépend du type de milieu simulé : nous proposons alors qu’une classification fonctionnelle des sols pourrait servir de base pour déterminer la forme du modèle à utiliser pour une précision optimale en fonction des données d’entrée disponibles. Enfin, les quelques améliorations proposées concernant la composante sol du modèle simple (CERES) ont permis une prédiction satisfaisante des flux eau-carbone-azote dans le système sol-plante
The field-assessment of the environmental impacts of crop production has emerged as a critical issue, since modern agriculture should be expected not to pose major threats. We have here assessed the nitrogen (N) pollutions, caused by such a crop (oilseed rape), through both experimental and modeling approaches. Two types of pollution were investigated : the leaching of nitrate below the root zone, and the gaseous emissions of ammonia (NH3) and nitrous oxide (N2O) to the atmosphere. The prediction of N fluxes at the boundaries of the soil-crop system requires the use of a model simulating the dynamics of water, carbon and N within this system. Among the approaches of various complexities undertaken in the literature, we chose two models representing either a simple (CERES) or a more theoretical (DAISY) viewpoint. Five data sets corresponding to a range of climate and soil conditions were used to test various options for both models. None of the models clearly outranked the other. DAISY performed better as regards heat and mass transfer in soil, but CERES proved a superiority for the simulation of crop growth. Actually, the precisions of the models were also dependent on the type of medium investigated : we then suggested that a functional classification of soils could serve as a basis for determining the form of model to use, that would offer the best precision for a given set of available inputs. Overall, the modifications we proposed to the soil components of CERES allowed this simple approach to yield a satisfactory accuracy in the prediction of the water, carbon and nitrogen fluxes in the soil-crop system

La grande majorité des grilles de recommandation que l'on retrouve dans le Guide de référence en fertilisation (CRAAQ, 2003) n'ont pas été réévaluées depuis plusieurs décennies et suscitent de nombreuses interrogations quant à leur validité. Une mise à jour de ces grilles, basée sur les régies de production actuelle, et intégrant les besoins réels des cultures est donc devenue indispensable. Ce projet de maîtrise vise à l'élaboration d'un modèle d'évaluation des besoins en azote, phosphore et potassium dans les cultures du chou, du chou-fleur et du brocoli en sols minéraux au Québec. Pour ce faire, des essais de fertilisation ont été réalisés, entre 2003 et 2008, dans quatre régions de la province de Québec, soit la Montérégie, les Laurentides, Lanaudière et Québec (Ile d'Orléans). Au total, toutes cultures confondues, 72 essais en azote, 60 en phosphore et 38 en potassium ont été implantés chez des producteurs maraîchers. Les traitements évalués étaient les suivants : 3 à 6 doses d'azote variant de 0 à 350 kg N/ha, 4 à 5 doses de phosphore variant de 0 à 300 kg P205/ha, et 4 doses de potassium variant de 0 à 240 kg K20/ha. Le dispositif expérimental était en tiroirs (split-plot) avec trois répétitions. Les étapes de réalisation du modèle d'évaluation des besoins étaient basées en partie sur le modèle ayant servi à l'élaboration de la nouvelle grille de fertilisation en phosphore pour la culture de la pomme de terre, telle que revue par Samson et collaborateurs (2008). Ces essais ont permis de déterminer un intervalle de fertilisation azoté pour chacune des cultures, soit de 160 à 200 kg N/ha pour le brocoli, de 190 à 240 kg N/ha pour le chou et de 130 à 185 kg N/ha pour le chou-fleur. Quelques essais de fractionnement de l'azote ont eu lieu de 2003 à 2005. Dans la majorité des cas, l'analyse statistique des fractionnements de l'azote n'a pas montré de différences significatives. Les doses proposées pour le phosphore et le potassium diminuent et varient de 0 à 150 kg P205 selon le rapport P/AlM_m dans le sol et de 0 à 180 kg K20/ha selon la teneur du sol en Kyi_ui. En comparant ces doses proposées avec celles de ia grille de recommandation actuelle du Guide de référence en fertilisation (CRAAQ, 2003), il y a une diminution de 37,5 % pour le phosphore et de 21,7 % pour le potassium. L'analyse de la variance ne révèle aucune différence significative au niveau des prélèvements en azote, en phosphore et en potassium en fonction des doses testé

L'utilisation du soja dans l'alimentation animale, et surtout humaine, implique une amélioration de la qualité de la graine. Celle-ci est abordée sous l'angle de la teneur en protéines et en lipoxygénase des graines, et des voies métaboliques impliquées dans ces caractères. L'étude de l'amélioration conjointe du rendement et des taux de protéines, paramètres généralement antagonistes, est envisagée à partir de la descendance d'un croisement entre deux variétés riches en protéines. Ce choix résulte de l'analyse d'un diallèle qui avait montré que ce croisement pouvait présenter des recombinaisons génétiques favorables. L'analyse génétique de la descendance, composée de 111 individus, a mis en évidence une large variabilité pour l'ensemble des paramètres mesurés. Un gain génétique important est possible. Des génotypes conciliant des combinaisons favorables de ces divers caractères ont pu être identifiés. Le rôle majeur de la symbiose dans l'élaboration de la productivité et des teneurs en protéines a été également confirmé. Des capacités fixatrices élevées au stade R5 favorisent les forts taux de protéines. Le rendement en graines est plus directement associé à l'assimilation de l'azote minéral en début de cycle, et à une fixation symbiotique de l'azote efficiente en fin de cycle reproducteur. La stabilité, des teneurs en protéines et de la productivité, est obtenue, quelle que soit la source azotée disponible, pour les génotypes à fort pourcentage en protéines et à capacité fixatrice élevée. De tels marqueurs peuvent être utilisés comme de nouveaux critères de sélection.

Devant la complexité du cycle de l’azote (N) et la variété de ses formes disponibles dans le sol, la planification de la fertilisation de cet élément repose sur des calculs et considérations complexes. La fertilisation biologique a de particulier que l’N est apporté sous forme organique, alors que les plantes le prélèvent principalement sous forme minérale. La disponibilité de l’N repose donc sur une minéralisation efficace des amendements. Cette situation peut mener des producteurs à surfertiliser, entraînant des pertes financières et d’N dans l’environnement. Parvenir à une meilleure synchronisation de la minéralisation de l’N avec les besoins de la plante est donc crucial pour le développement de la serriculture biologique, où les besoins en azote des cultures sont de loin plus élevés qu’au champ. De plus, la capacité de certaines plantes à prélever directement l’N sous forme organique est souvent considérée négligeable en agriculture, mais pourrait être plus importante qu’on ne le croit, contribuant ainsi substantiellement au bilan d’N de la plante. Les objectifs généraux de ma thèse étaient de : (1) évaluer les taux de minéralisation de fertilisants biologiques couramment utilisés en culture légumière sous serre au Québec ; (2) étudier l’impact de différentes sources fertilisantes sur la biodiversité des bactéries du sol ; (3) étudier la capacité du concombre à prélever l’N directement sous forme organique ; et (4) développer et valider un outil de gestion de la fertilisation biologique azotée. Une expérience d’incubation de cinq fertilisants biologiques d’usage commun en serriculture biologique a été menée. La minéralisation de l’N a plafonné dans un sol minéral et un substrat tourbeux à, respectivement, 41 et 63 % de l’N appliqué pour le fumier de poule granulé, 56-93 % pour la farine de sang, 54-81 % pour la farine de plume, 34-43 % pour la farine de luzerne et 57-73 % pour la farine de crevette. Dans un sol minéral, la biodiversité bactérienne alpha (indice Shannon) a été augmentée par l’apport de farine de luzerne, alors que dans un substrat organique à base de tourbe, ce sont la farine de crevette et le fumier de poule granulé qui l’ont le plus augmentée. En se basant sur ces résultats, le modèle NLOS a été adapté à la serriculture biologique pour produire le nouveau modèle NLOS-OG. Cet outil a été validé en serres expérimentales et commerciales et a permis une prédiction satisfaisante de la disponibilité d’N minéral pour une culture en sol minéral, ainsi que de la minéralisation cumulative de fertilisants appliqués dans un sol ou un substrat tourbeux. Par contre, de la recherche spécifique à la dynamique de l’eau dans les cultures biologiques en contenants sera nécessaire afin de prédire adéquatement la disponibilité de l’azote dans ce système. Une interface web est disponible pour les agronomes et producteurs (https://exchange.iseesystems. com/public/pierrepauldion/nlos-og/). Le contenu en C et N solubles du substrat biologique d’une culture de concombre en serre biologique a été positivement corrélé au contenu en C et N organiques de la sève du xylème et aux solides solubles du fruit, suggérant un prélèvement et un transfert de C et N organiques vers les parties aériennes et les fruits. Dans une seconde expérience, en milieu contrôlé, de jeunes plants de concombre ont été exposés à une solution d’alanine enrichie en 13C et 15N. En combinant l’utilisation de molécules marquées à une position spécifique (Position-specific labelling) et l’analyse isotopique spécifique au composé (Compound-specific isotopic analysis), nous avons développé une approche innovatrice permettant de suivre le métabolisme de l’assimilation de l’N issu d’un acide aminé prélevé par les racines. Nous avons ainsi démontré que les racines peuvent prélever et assimiler l’N sous forme organique, surtout en situation de rareté de l’N. Elles ont toutefois une nette préférence pour les formes inorganiques (nitrate et ammonium). Les contributions scientifiques découlant de cette étude doctorale sont : (1) une meilleure connaissance de la minéralisation des fertilisants biologiques azotés ; (2) l’intégration de ces taux de minéralisation dans un outil de gestion de l’N applicable en serriculture biologique; et (3) une meilleure compréhension du prélèvement et de l’assimilation de l’azote organique par des plants de concombre. Ces connaissances permettront une meilleure planification de la fertilisation à base de matière organique, et par conséquent un accroissement de la durabilité de la serriculture biologique.
Devant la complexité du cycle de l’azote (N) et la variété de ses formes disponibles dans le sol, la planification de la fertilisation de cet élément repose sur des calculs et considérations complexes. La fertilisation biologique a de particulier que l’N est apporté sous forme organique, alors que les plantes le prélèvent principalement sous forme minérale. La disponibilité de l’N repose donc sur une minéralisation efficace des amendements. Cette situation peut mener des producteurs à surfertiliser, entraînant des pertes financières et d’N dans l’environnement. Parvenir à une meilleure synchronisation de la minéralisation de l’N avec les besoins de la plante est donc crucial pour le développement de la serriculture biologique, où les besoins en azote des cultures sont de loin plus élevés qu’au champ. De plus, la capacité de certaines plantes à prélever directement l’N sous forme organique est souvent considérée négligeable en agriculture, mais pourrait être plus importante qu’on ne le croit, contribuant ainsi substantiellement au bilan d’N de la plante. Les objectifs généraux de ma thèse étaient de : (1) évaluer les taux de minéralisation de fertilisants biologiques couramment utilisés en culture légumière sous serre au Québec ; (2) étudier l’impact de différentes sources fertilisantes sur la biodiversité des bactéries du sol ; (3) étudier la capacité du concombre à prélever l’N directement sous forme organique ; et (4) développer et valider un outil de gestion de la fertilisation biologique azotée. Une expérience d’incubation de cinq fertilisants biologiques d’usage commun en serriculture biologique a été menée. La minéralisation de l’N a plafonné dans un sol minéral et un substrat tourbeux à, respectivement, 41 et 63 % de l’N appliqué pour le fumier de poule granulé, 56-93 % pour la farine de sang, 54-81 % pour la farine de plume, 34-43 % pour la farine de luzerne et 57-73 % pour la farine de crevette. Dans un sol minéral, la biodiversité bactérienne alpha (indice Shannon) a été augmentée par l’apport de farine de luzerne, alors que dans un substrat organique à base de tourbe, ce sont la farine de crevette et le fumier de poule granulé qui l’ont le plus augmentée. En se basant sur ces résultats, le modèle NLOS a été adapté à la serriculture biologique pour produire le nouveau modèle NLOS-OG. Cet outil a été validé en serres expérimentales et commerciales et a permis une prédiction satisfaisante de la disponibilité d’N minéral pour une culture en sol minéral, ainsi que de la minéralisation cumulative de fertilisants appliqués dans un sol ou un substrat tourbeux. Par contre, de la recherche spécifique à la dynamique de l’eau dans les cultures biologiques en contenants sera nécessaire afin de prédire adéquatement la disponibilité de l’azote dans ce système. Une interface web est disponible pour les agronomes et producteurs (https://exchange.iseesystems. com/public/pierrepauldion/nlos-og/). Le contenu en C et N solubles du substrat biologique d’une culture de concombre en serre biologique a été positivement corrélé au contenu en C et N organiques de la sève du xylème et aux solides solubles du fruit, suggérant un prélèvement et un transfert de C et N organiques vers les parties aériennes et les fruits. Dans une seconde expérience, en milieu contrôlé, de jeunes plants de concombre ont été exposés à une solution d’alanine enrichie en 13C et 15N. En combinant l’utilisation de molécules marquées à une position spécifique (Position-specific labelling) et l’analyse isotopique spécifique au composé (Compound-specific isotopic analysis), nous avons développé une approche innovatrice permettant de suivre le métabolisme de l’assimilation de l’N issu d’un acide aminé prélevé par les racines. Nous avons ainsi démontré que les racines peuvent prélever et assimiler l’N sous forme organique, surtout en situation de rareté de l’N. Elles ont toutefois une nette préférence pour les formes inorganiques (nitrate et ammonium). Les contributions scientifiques découlant de cette étude doctorale sont : (1) une meilleure connaissance de la minéralisation des fertilisants biologiques azotés ; (2) l’intégration de ces taux de minéralisation dans un outil de gestion de l’N applicable en serriculture biologique; et (3) une meilleure compréhension du prélèvement et de l’assimilation de l’azote organique par des plants de concombre. Ces connaissances permettront une meilleure planification de la fertilisation à base de matière organique, et par conséquent un accroissement de la durabilité de la serriculture biologique.
Because of the complexity of the nitrogen (N) cycle and the diversity of its molecule forms in the soil, N fertilization management is based on complex calculations and considerations. For organic farming, N is provided via organic amendments and biological fixation. However, lack of precise tools that predict the N mineralization rate of N sources leads some producers to over-fertilize, resulting in the buildup of salinity, N leaching and possible loss of profits. Consequently, better knowledge of N availability following organic fertilization, to improve synchronization of N supply with crop N demand, is crucial to advance sustainable organic horticulture. In addition, the capacity of plants to take up N directly as organic molecules is seldom considered in agriculture and could be higher than previously thought, contributing significantly to the plant’s N budget. The objectives of this thesis were to: (1) evaluate the mineralization rates from organic fertilizers commonly used in greenhouse vegetable horticulture in Quebec; (2) study the impact of different fertilizer sources on soil bacterial diversity; (3) study the capacity of cucumber plants to take up and assimilate N directly as organic molecules; and (4) develop and validate a N management tool for organic fertilization. An incubation experiment with five organic fertilizers commonly used in organic greenhouse horticulture was performed. Nitrogen mineralization plateaued for a mineral soil and a peat substrate at respectively 41 and 63% of applied N for pelleted poultry manure, 56-93% for blood meal, 54-81% for feather meal, 34-53% for alfalfa meal, and 57-73% for shrimp meal. Organic fertilizers supported markedly contrasted bacterial communities, closely linked to soil biochemical properties, especially mineral N, pH and soluble C. Alfalfa meal promoted the highest alpha diversity (Shannon index) in the mineral soil, whereas shrimp meal and pelleted poultry manure increased it in the peat-based growing medium. Based on those results, we adapted the NLOS model to organic greenhouse horticulture and developed the new model NLOS-OG. This tool was validated in commercial and experimental greenhouses. It yielded a satisfying prediction of mineral N availability in a greenhouse crop grown in native mineral soil, and for the cumulative mineralization of fertilizers applied in a soil or organic substrate. However, further research should focus on water dynamics in containerized organic crops in order to achieve a precise prediction of N availability in that cropping system. A free web interface for NLOS-OG is now available for agronomists and growers (https://exchange. iseesystems.com/public/pierrepauldion/nlos-og/).In a greenhouse experiment, the C and N content of soil solution was positively linked to the xylem sap C and N content of mature cucumber plants and appeared to contribute to the accumulation of soluble solids in cucumber fruits, suggesting uptake and transfer of soil soluble organic N and C to the shoot and fruits. In a second experiment, in a growth chamber, young cucumber plants were exposed to 13C- and 15N-labelled alanine. By combining two methods, i.e., the use of Position-specific labelling (PSL) of alanine and Compound-specific isotopic analysis (CSIA) of free amino acids, we developed a novel approach allowing the study of the mechanism of the assimilatory metabolism of an amino acid taken up by the roots. We demonstrated that their roots can take up and assimilate N as organic molecules, although they showed a preference for inorganic N forms (nitrate and ammonium). The scientific contributions from this doctoral study are: (1) a better knowledge of the nitrogen release from nitrogen organic fertilizers; (2) the integration of mineralization rates into a N management tool adapted to organic greenhouse horticulture; and (3) a better understanding of the uptake and assimilation of organic N by cucumber plants. This knowledge will contribute to a better planning of N fertilization based on organic matter, thus increasing the sustainability of organic greenhouse horticulture.
Because of the complexity of the nitrogen (N) cycle and the diversity of its molecule forms in the soil, N fertilization management is based on complex calculations and considerations. For organic farming, N is provided via organic amendments and biological fixation. However, lack of precise tools that predict the N mineralization rate of N sources leads some producers to over-fertilize, resulting in the buildup of salinity, N leaching and possible loss of profits. Consequently, better knowledge of N availability following organic fertilization, to improve synchronization of N supply with crop N demand, is crucial to advance sustainable organic horticulture. In addition, the capacity of plants to take up N directly as organic molecules is seldom considered in agriculture and could be higher than previously thought, contributing significantly to the plant’s N budget. The objectives of this thesis were to: (1) evaluate the mineralization rates from organic fertilizers commonly used in greenhouse vegetable horticulture in Quebec; (2) study the impact of different fertilizer sources on soil bacterial diversity; (3) study the capacity of cucumber plants to take up and assimilate N directly as organic molecules; and (4) develop and validate a N management tool for organic fertilization. An incubation experiment with five organic fertilizers commonly used in organic greenhouse horticulture was performed. Nitrogen mineralization plateaued for a mineral soil and a peat substrate at respectively 41 and 63% of applied N for pelleted poultry manure, 56-93% for blood meal, 54-81% for feather meal, 34-53% for alfalfa meal, and 57-73% for shrimp meal. Organic fertilizers supported markedly contrasted bacterial communities, closely linked to soil biochemical properties, especially mineral N, pH and soluble C. Alfalfa meal promoted the highest alpha diversity (Shannon index) in the mineral soil, whereas shrimp meal and pelleted poultry manure increased it in the peat-based growing medium. Based on those results, we adapted the NLOS model to organic greenhouse horticulture and developed the new model NLOS-OG. This tool was validated in commercial and experimental greenhouses. It yielded a satisfying prediction of mineral N availability in a greenhouse crop grown in native mineral soil, and for the cumulative mineralization of fertilizers applied in a soil or organic substrate. However, further research should focus on water dynamics in containerized organic crops in order to achieve a precise prediction of N availability in that cropping system. A free web interface for NLOS-OG is now available for agronomists and growers (https://exchange. iseesystems.com/public/pierrepauldion/nlos-og/).In a greenhouse experiment, the C and N content of soil solution was positively linked to the xylem sap C and N content of mature cucumber plants and appeared to contribute to the accumulation of soluble solids in cucumber fruits, suggesting uptake and transfer of soil soluble organic N and C to the shoot and fruits. In a second experiment, in a growth chamber, young cucumber plants were exposed to 13C- and 15N-labelled alanine. By combining two methods, i.e., the use of Position-specific labelling (PSL) of alanine and Compound-specific isotopic analysis (CSIA) of free amino acids, we developed a novel approach allowing the study of the mechanism of the assimilatory metabolism of an amino acid taken up by the roots. We demonstrated that their roots can take up and assimilate N as organic molecules, although they showed a preference for inorganic N forms (nitrate and ammonium). The scientific contributions from this doctoral study are: (1) a better knowledge of the nitrogen release from nitrogen organic fertilizers; (2) the integration of mineralization rates into a N management tool adapted to organic greenhouse horticulture; and (3) a better understanding of the uptake and assimilation of organic N by cucumber plants. This knowledge will contribute to a better planning of N fertilization based on organic matter, thus increasing the sustainability of organic greenhouse horticulture.