Evaluation précoce des performances du blé biologique (rendement et teneur en protéines) : une approche combinée de diagnostic agronomique, de modélisation à l'aide d'indicateurs de nuisibilité et d'études des pratiques dans les exploitations agricoles.

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Casagrande, Marion (2008) Evaluation précoce des performances du blé biologique (rendement et teneur en protéines) : une approche combinée de diagnostic agronomique, de modélisation à l'aide d'indicateurs de nuisibilité et d'études des pratiques dans les exploitations agricoles. Doctorat Agronomie, UMR 211 Agronomie INRA/AgroParisTech , AgroParistech 2008AGPT0052 p.164.

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Résumé

Dans l’optique d’une agriculture plus durable, l’agriculture biologique offre l’opportunité d’une production agricole plus respectueuse de l’environnement. Néanmoins, en agriculture biologique, les niveaux de production sont inférieurs à ceux de l’agriculture conventionnelle. Le rendement et la teneur en protéines du blé biologique sont très variables et limités par de nombreux facteurs. Les faibles teneurs en protéines posent des difficultés de commercialisation car elles sont généralement inférieures au seuil de 10,5% que les organismes de collecte exigent pour les débouchés de panification. Afin d’améliorer les performances du blé biologique, dans un premier temps, les facteurs limitants et les pratiques agricoles expliquant ces performances ont été identifiés et hiérarchisés à l’aide d’un diagnostic agronomique réalisé en région Rhône-Alpes. Ce diagnostic a été réalisé à l’aide d’une méthode statistique innovante de mélange de modèles. Puis, des modèles permettant de prédire la distribution du rendement et de la densité d’une population d’adventices tardive à partir d’une densité précoce dans des parcelles de blé biologique, ont été mis au point à l’aide de la méthode de régression quantile. Ils permettent d’aider au raisonnement des pratiques de désherbage et de fertilisation. Enfin, une analyse des pratiques des agriculteurs a permis de prendre en compte la manière dont les agriculteurs prélèvent des informations sur leurs parcelles pour déclencher leurs pratiques. Des propositions sont ensuite discutées pour valoriser les résultats de ce travail dans la construction d’un outil d’aide à la décision destiné à raisonner les pratiques de désherbage et de fertilisation.

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Table des Matières

Introduction générale 1



Chapitre 1. Problématique 6

1. Facteurs explicatifs de la variabilité de la teneur en protéines et du rendement du blé et méthodes d’analyse 6

1.1. Les facteurs ayant un effet sur la teneur en protéines et le rendement du blé 6

1.1.1. La nutrition azotée 7

1.1.2. Les adventices 7

1.1.3. Les maladies 8

1.1.4. La température et le rayonnement 9

1.1.5. Le stress hydrique 10

1.1.6. Le tassement du sol 10

1.1.7. La variété 10

1.2. La hiérarchisation des facteurs limitants des performances du blé biologique en parcelles agricoles 12

1.2.1. Hiérarchisation des facteurs limitants du rendement 12

1.2.2. Hiérarchisation des facteurs limitants de la teneur en protéines 12

1.3. Les méthodes d’identification et de hiérarchisation des facteurs limitants en parcelles agricoles 13

1.3.1. La méthode de diagnostic agronomique régional 13

1.3.2. Les limites des méthodes statistiques mises en œuvre dans les démarches de diagnostic agronomique 14

2. Analyse de l’effet des adventices sur les performances du blé biologique 16

2.1. Effet des adventices sur les performances des cultures 17

2.1.1. Les adventices dans les systèmes biologiques : populations et moyens de lutte 17

2.1.2. Modélisation de l’effet des adventices sur les performances des cultures 18

2.2. Une méthode adaptée aux conditions d’agriculture biologique : la régression quantile 21

3. Vers un indicateur d’alerte pour aider les agriculteurs à prendre des décisions techniques 22

3.1. L’adéquation entre la proposition du chercheur et les pratiques de l’agriculteur 22

3.2. Les emprunts aux autres disciplines : étude des processus de prises de décision des agriculteurs pour déclencher des pratiques 24

3.2.1. Le modèle d’action 24

3.2.2. L’étude de l’activité dans les environnements dynamiques : un cadre méthodologique pour la mise en évidence des indicateurs des agriculteurs 27

4. Conclusion : la démarche de thèse adoptée 29

4.1. Première question de recherche 29

4.2. Seconde question de recherche 29

4.3. Troisième question de recherche 30



Chapitre 2. Identification des facteurs et des pratiques limitant les performances du blé biologique 32



I - Identification des facteurs et des pratiques limitant la teneur en protéines du blé biologique d’hiver 33

Identification of the factors limiting grain protein content of organic winter wheat using a mixing-model approach 33

1. Résumé / Abstract 33

1.1. Résumé 33

1.2. Abstract 34

2. Keywords 34

3. Introduction 34

4. Material and Methods 36

4.1. Data 36

4.2. Grain yield and grain protein content 37

4.3. Indicators of limiting factors 38

4.3.1 Water balance 38

4.3.2. Photothermal quotient and thermal stress 38

4.3.3. Soil compaction 38

4.3.4. Nitrogen nutrition 39

4.3.5. Weeds 39

4.3.6. Foliar Diseases 39

4.4. Statistical analysis 39

5. Results and discussion 40

5.1. Variation in grain yield and Grain Protein Content 40

5.2. Characteristics of the limiting factors 41

5.2.1. Abiotic factors 41

5.2.2. Biotic factors 41

5.3. Identification of the limiting factors of the Grain Protein Content 42

5.3.1. Identification and ranking of the limiting factors 42

5.3.2. Baking quality grade 42

5.3.3. Nitrogen nutrition 42

5.3.4. Weed competition 43

5.3.5. Climatic limiting factors: radiation, temperature and water availability 43

5.4. Effect of crop management and environmental conditions on limiting factors 44

5.4.1. Effect of crop management and environmental conditions on the indicators of climatic limiting factors 44

5.4.2. Effect of crop management and environmental conditions on Nitrogen Nutrition Index 44

5.4.3. Effect of crop management and environmental conditions on weed density 45

6. Conclusion 46



II - Identification des facteurs et des pratiques limitant le rendement du blé biologique d’hiver à l’aide d’une méthode statistique innovante 47

1. Matériels et méthodes 47

1.1. Base de données 47

1.1.1. Caractéristiques du réseau de parcelles 47

1.1.2. Caractéristiques des cultivars 48

1.1.3. Diversité des pratiques agricoles sur le réseau 48

1.2. Facteurs limitants testés 48

1.2.1. Les caractéristiques de cultivars 48

1.2.2. Stress hydrique 49

1.2.3. Quotient photothermique et températures 49

1.2.4. Tassement du sol 49

1.2.5. Nutrition azotée du blé 49

1.2.6. Adventices 50

1.2.7. Maladies foliaires 50

1.3. Méthodes statistiques 50

1.3.1. Identification des facteurs limitants 50

1.3.2. Identification des pratiques agricoles 51

2. Résultats 51

2.1. Variation du rendement, de ses composantes et des facteurs limitants 51

2.2. Les facteurs limitants identifiés 51

2.3. Les pratiques agricoles et les conditions environnementales responsables des variations des facteurs limitants 52

2.4. Comparaison des méthodes statistiques utilisées 52

2.4.1. Comparaison des résultats obtenus : facteurs identifiés et classement de ces facteurs 52

2.4.2. Comparaison des performances des deux méthodes 53

3. Discussion 54

3.1. Interprétation des effets des facteurs limitants identifiés 54

3.2. Interprétation des effets des pratiques et des conditions environnementales identifiées 54

3.2.1. Effet des pratiques et des conditions environnementales sur les facteurs abiotiques 54

3.2.2. Effet des pratiques et des conditions environnementales sur les facteurs biotiques 55

3.3. Comparaison des méthodes statistiques 57

3.4. Comparaison avec les résultats obtenus dans le diagnostic précédent 58

3.4.1. Cas du nombre de grains par m² (NG) 58

3.4.2. Cas du poids de mille grains (PMG) 59



III - Mise en regard des résultats obtenus sur le rendement et la teneur en protéines 60

1. Les facteurs limitants des performances du blé biologique 60

2. Les pratiques à préconiser pour une amélioration des performances du blé biologique 60



Chapitre 3. Estimation des distributions du rendement, de la teneur en protéines et de la densité d’adventices en blé biologique à l’aide d’un indicateur précoce de la compétition des adventices 63

Estimation of yield, grain protein content and late weed density distributions from early weed measurement in organic winter wheat 63

1. Résumé / Abstract 64

1.1. Résumé 64

1.2. Abstract 64

2. Keywords 64

3. Introduction 65

4. Material and Methods 66

4.1. Data 66

4.2. Fitted models 67

4.3. Statistical analysis 69

5. Results 69

5.1. Variation in grain yield, grain protein content, Shannon index and weed density 69

5.2. Prediction of yield distribution of organic winter wheat 70

5.2.1. Prediction of yield distribution using early Shannon index as a predictor 70

5.2.2. Prediction of yield distribution using early weed density as a predictor 70

5.3. Prediction of grain protein content distribution of organic winter wheat 70

5.3.1. Prediction of grain protein content distribution using early Shannon index as a predictor 70

5.3.2. Prediction of grain protein content distribution using early weed density as a predictor 71

5.4. Prediction of late weed density distribution with weed control effect 71

5.4.1. Prediction of late weed density distribution using early Shannon index as a predictor 71

5.4.2. Prediction of late weed density distribution using early weed density as a predictor 71

6. Discussion 72

6.1. Using early weed density and Shannon index as predictors 72

6.1.1. Early weed density 72

6.1.2. Shannon index 72

6.2. Mechanical weed control effectiveness on grain yield 73

6.3. Using crop yield and late weed density predictions to manage cropping techniques 74

6.3.1. Managing mechanical weed control 74

6.3.2. Managing fertilization 74

6.4. Benefits of using quantile regression 75



Chapitre 4. Identification des informations sur les adventices mobilisées par les agriculteurs et comparaison avec les indicateurs identifiés à partir de nos travaux de recherche 77

1. Introduction 78

1.1. La gestion des environnements dynamiques 78

1.2. La prise d’information 79

1.3. De la difficulté d’accéder aux connaissances, représentations et informations mobilisées par les agriculteurs 80

1.4. Cas d’étude et questions de recherche 82

2. Matériels et méthodes 83

2.1. Le recueil des informations : deux séries d’enquêtes auprès des agriculteurs 83

2.1.1. Le choix des agriculteurs 83

2.1.2. La première série d’enquêtes : entretiens « en salle » 84

2.1.3. La seconde série d’enquêtes : entretiens « sur la parcelle » 85

2.2. L’analyse des données recueillies 86

3. Résultats 88

3.1. Les résultats des premières enquêtes : caractéristiques des exploitations et itinéraires techniques types 88

3.2. Diversité des valeurs prises par les arguments 89

3.2.1. Zone de prélèvement de l’information et procédure spatiale 89

3.2.2. Objet et procédure sensorielle 91

3.2.3. But, type de gestion et condition 91

3.2.4. Les informations prélevées 92

3.3. Comment les informations prélevées sont-elles associées aux différents arguments ? 93

3.3.1. Procédures spatiales et conditions de prélèvement des informations 93

3.3.2. Informations prélevées en fonction des buts 94

3.3.3. Informations prélevées en fonction des agriculteurs 95

3.4. Les informations les plus mobilisées par les agriculteurs : la quantité et la diversité 96

3.4.1. La quantité 96

3.4.2. La diversité des espèces 97

3.4.3. Comparaison quantité et diversité des espèces 97

4. Discussion 98

4.1. Surveiller, alerter, agir : quelles compétences développées et quelles informations prélevées dans l’action ? 98

4.2. Relation entre les informations prélevées et les caractéristiques des exploitations agricoles 99

4.3. Intérêts et limites de la méthode retenue 100

4.3.1. Limites des enquêtes réalisées 100

4.3.2. Intérêts d’utiliser les concepts et méthodes d’analyse des environnements dynamiques 101

4.4. Mise en regard des informations prélevées par les agriculteurs avec les indicateurs mis en évidence dans le chapitre 4 102



Chapitre 5. Discussion générale, perspectives et conclusion 105

1. Retour sur les objectifs et bilan du travail réalisé 105

2. Retour sur la démarche et les méthodes mobilisées 107

2.1. Retour sur la démarche 107

2.2. Changements d’échelle et extrapolation des résultats 108

2.3. Prise en compte de l’interaction des adventices avec les autres facteurs limitants et les pratiques agricoles 111

2.4. Modélisation de l’effet des adventices 114

2.4.1. Effet des adventices sur le taux de protéines 114

2.4.2. Effet de la diversité des adventices sur les performances du blé 114

3. Vers un outil d’aide à la décision 117

3.1. Evaluation de la population d’adventices 117

3.1.1. Vers un indicateur défini collectivement 117

3.1.2. Traduction de la notion de « quantité » 118

3.2. Vers un outil d’aide à la décision pour gérer les pratiques de désherbage 120

3.3. Vers un outil d’aide à la décision pour gérer les pratiques de fertilisation azotée 121

3.4. Vers un outil pour faciliter la collecte 122

4. Conclusion générale 123



Références 124

Annexes 137

Statistiques de consultation

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