Analysis and modeling of the role of nitrogen competition in weed control
L’analyse et la modélisation du rôle de la compétition pour l’azote dans la régulation des adventices
Résumé
This project challenges the question of reducing herbicide use, considering that a concomitant reduction of nitrogen fertiliser use and a better choice of the sown species/varieties can help to design more sustainable cropping systems. Combining plant ecophysiology, ecology, agronomy and modelling, this project aims at analysing to which extent optimizing nitrogen fertilisation and crop species/cultivar choice can provide new ways to promote biological weed regulation via plant-plant competition, thereby reducing herbicide use. This project will use an original approach consisting in feeding and then using a mechanistic model, FLORSYS, predicting cropweed community assembly as a function of cropping systems, pedoclimate and plant functional traits. The first objective is to better understand the plant diversity related to competition for nitrogen, especially for weed species. For that purpose, experiments in controlled conditions will be conducted to characterize plant traits involved in the process determining the plants' ability to compete for nitrogen. Then, using FLORSYS upgraded in this first step, virtual experiments will be conducted to better understand the consequences of modifying soil nitrogen availability and the sown species/varieties for weed demography. Finally, we will identify new sustainable weed management strategies promoting biological weed regulation via competition for nitrogen, in multi-efficient cropping systems (agricultural production and environmental impact).
Limiter l’usage des herbicides et desengrais minéraux est nécessaire pour des systèmes de culture plus durables. Ces limitations peuvent entraîner le développement d’une flore adventice résiduelle et une compétition accrue entre cultures et adventices, notamment pour l’azote. L’objectif de cette thèse était d’analyser et modéliser (au sein du modèle mécaniste FLORSYS) les processus clefs sous-jacents à la compétition pour l’azote, afin de déterminer dans quelle mesure le raisonnement de la fertilisation azotée et le choix des variétés cultivées peuvent aider à favoriser la régulation biologique des adventices.
Au début de cette thèse, le modèle FLORSYS (qui simule les effets des systèmes de culture en interaction avec le pédoclimat sur la dynamique des adventices) considérait que les plantes étaient en compétition pour la lumière uniquement. Une première étape de la thèse a donc visé à compléter le modèle afin d’y intégrer la compétition pour l’azote. Des expérimentations en serre ont permis d’établir des formalismes et paramètres originaux caractérisant la diversité des traits liés à la nutrition azotée des cultures et des adventices.
Ensuite, des expérimentations virtuelles (simulations) avec la nouvelle version de FLORSYS ont permis d’identifier les techniques culturales liées à la fertilisation azotée et les traits variétaux liées à la nutrition azotée, qui affectaient le plus les impacts des adventices sur la production et la biodiversité, dans un cas d’étude (monoculture de maïs en Aquitaine, France).
Finalement, des algorithmes d'optimisation ont été appliqués aux techniques de fertilisation azotée et aux traits liés à la nutrition azotée de la culture pour ce cas d’étude, afin de proposer des systèmes de culture innovants favorisant la régulation biologique des adventices par compétition et conciliant production agricole et biodiversité. Cette thèse a permis des avancées notables dans (1) la modélisation individu-centrée de la nutrition azotée des plantes en couvert hétérogène et (2) la compréhension du rôle de l’azote dans la compétition culture-adventice. Ces travaux suggèrent qu’il peut être utile d’intégrer la fertilisation azotée et le choix des variétés parmi les leviers à mobiliser pour favoriser la régulation des adventices.