Abstract :
[en] Crop residues and their management are important and cross-cutting aspects of
cropping systems. In European arable farming systems, crop residues can be exported from the plot to be used in various forms (litter, fuel, raw material, etc.). When they are not exported, they can contribute to carbon storage, physical protection of soils and to the crop nutrition, particularly nitrogen. Management choices between competing options can take into account the environmental impact of practices. However, their effects on N2O fluxes, a powerful greenhouse gas that degrades the tropospheric ozone layer, are still difficult to predict. This thesis aims to assess the influence of crop residues and their management on N2O emissions through two research questions: (i) What is the importance of the quantity and biochemical composition of crop residues and their management in predicting the amount of N2O emitted following their return? (ii) To what extent is it possible to predict N2O emissions and the effect of crop residues on them? Ten years of measurements from the long-term ACBB - field crops system were scrutinized using three approaches. The first one is the ranking of the importance of factors useful for predicting total emissions for a period after crop residues return. The second one compares average emissions related to the export or the return of cereals and pea residues at the scale of the crop succession. The third one uses of the STICS model to verify whether the effects of residues and their management on the dynamics of emissions were properly taken into account by the model. The results confirm the limited influence of crop residues and their management on N2O emissions in field crop systems where the majority of residues come from crops harvested at maturity.
The influence of residues on emissions is a function of the biomass C/N ratio, and the use of soluble element inputs has the potential to improve the simulation of emissions occurring after residue return. Despite improvements, there remains a large amount of variance unexplained by the models. These results reinforce those obtained by meta-analyses and controlled experiments while strengthening the idea that predictions based solely on the amount of nitrogen supplied by residues are not satisfactory.
[fr] Les résidus de culture et leur gestion sont des aspects importants et transversaux des systèmes de culture. Dans les systèmes de grandes cultures européens, les résidus de culture peuvent être exportés de la parcelle pour être valorisés sous diverses formes (litière, combustible, matière première, etc.). Lorsqu’ils ne sont pas exportés, ils peuvent contribuer au stockage du carbone, à la protection physique des sols et à la nutrition, notamment azotée, des cultures. Les choix de gestion entre options concurrentes peuvent prendre en compte le bilan environnemental des pratiques. Or, leurs effets sur les flux de N2O, puissant gaz à effet de serre dégradant la couche d’ozone troposphérique, sont encore difficiles à prédire. Cette thèse se donne pour objectif d’évaluer l’influence des résidus de culture et de leur gestion sur les émissions de N2O à travers deux questions de recherche : (i) Quelle est
l’importance de la quantité et de la composition biochimique des résidus de culture et de leur gestion dans la prédiction de la quantité de N2O émise suite à leur restitution ? (ii) Dans quelle mesure est-il possible de prédire les émissions de N2O et l’effet des résidus de culture sur ces dernières ? Dix années de mesures du dispositif de long-terme ACBB - grandes cultures ont été mobilisées selon trois approches. La première est le classement de l’importance des facteurs utiles à la prédiction des émissions totales d’une période post-restitution des résidus. La deuxième est la comparaison des émissions moyennes liées à l’export ou à la restitution des résidus de céréales et de pois à l’échelle de la succession de cultures. La troisième est l’utilisation du modèle STICS afin de vérifier si les effets des résidus
et de leur gestion sur la dynamique des émissions étaient bien pris en compte par le modèle. Les résultats confirment l’influence limitée des résidus de culture et de leur gestion sur les émissions de N2O dans des systèmes de grandes cultures où la majorité des résidus sont issus de cultures récoltées à maturité. L’influence des résidus sur les émissions est fonction du ratio C/N de la biomasse et l’utilisation des apports en éléments solubles a le potentiel d’améliorer la simulation des émissions post-restitution des résidus. Malgré des améliorations, il reste une grande part de variance inexpliquée par les modèles. Ces résultats viennent renforcer ceux obtenus par des méta-analyses et des expérimentations en conditions contrôlées tout en renforçant l’idée que les prédictions basées uniquement sur la quantité d’azote apportée par les résidus ne sont pas satisfaisantes.
Institution :
AgroParisTech [ABIES], Palaiseau, France
ULiège - Université de Liège [Gembloux Agro-Bio Tech], Gembloux, Belgium
Jury member :
Cardinael, Rémi; CIRAD - Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement
Hénault, Catherine; INRAE - Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement > UMR Agroécologie
Lashermes, Gwenaëlle; INRAE - Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement > UMR FARE
