Effect of seeders and tillage equipment on vertical distribution of oilseed rape stubble

International audienceWhen the spreading of a disease depends on the proportion of infected residues remaining at soil surface it is of crucial importance to analyse the effects of tillage practices on the vertical distribution of stubble. This is the case with phoma stem canker (blackleg), whose epidemics are initiated in autumn, by air-borne ascospores released from stubble located at the soil surface. We compared initial vertical distribution of oilseed rape residues to those observed after sowing and various tillage operations (rotary harrowing, stubble disking, chiselling and mouldboard ploughing). Almost 20% of the initially buried residue was brought back to soil surface with seeding. Rotary harrow brought 40% of the residue buried in the 0-10 cm layer up to the surface and left unburied about 70% of surface residue. Stubble disking appeared to be more efficient for residue burial than chiselling. Mouldboard plough was the only tool that buried all residues. A simple model was developed that predicted burial and return to the soil surface of potentially infected residues as a function of tillage practices used after harvest. Simulation of different tillage sequences showed that the order in which tools were used also affected location of residues. Our results highlighted the importance of tillage in the cultural control of phoma stem canker and will contribute to the definition of integrated pest management strategies for oilseed rape

Analyse et modélisation des effets de la conduite de culture sur deux maladies cryptogamiques majeures du tournesol (Phoma macdonaldii et Phomopsis helianthi)

Le phoma (Phoma macdonaldii / Leptosphaeria linquistii) et le phomopsis (Phomopsis / Diaporthe helianthi) sont deux champignons pathogènes majeurs du tournesol. Dans un contexte d objectif de réduction de la lutte chimique, une meilleure compréhension des interactions peuplement-agents pathogènes-environnement-conduite de culture est nécessaire. Des essais menés au champ et en serre à Auzeville en 2010 et 2011 ont permis de décomposer les effets de la conduite de culture du tournesol sur l apparition et le développement des deux maladies. Les variables clés de l architecture des plantes en peuplement et du microclimat, modifiées par la conduite de culture (choix variétal, densité de semis, fertilisation azoté, irrigation) ont été décrites et mises en relation avec les composantes de la maladie. Ainsi, pour le phomopsis, le rôle déterminant du microclimat résultant du niveau de développement de la couverture foliaire lors des phases initiales d infection a été confirmé. La taille des feuilles et le diamètre des tiges sont des caractères déterminants de la progression des dégâts sur feuille et tige. Les conséquences des attaques de phomopsis sur feuille en termes de mécanismes de nuisibilité ont été analysées finement et modélisées. Pour le phoma, le rôle du statut nutritionnel azoté dans la progression des attaques sur tige et collet a été confirmé. La fonction régulatrice du phoma vis-à-vis des attaques de phomopsis sur feuille a été quantifiée. Sur le plan de la modélisation, plusieurs approches ont été menées : (i) Evaluation de la qualité prédictive d Asphodel, modèle épidémiologique prévoyant les émissions de ascospores de Phomopsis ; application à différentes conduites de culture et extension au phoma pour la partie inoculum primaire ; (ii) développement d un modèle prédictif de l incidence du phoma prenant en compte les effets climatiques, microclimatiques et agronomiques ; (iii) proposition d une modélisation conceptuelle des interactions plante-agent(s) pathogène(s)-environnement-conduite de culture. Ce travail pourra, à terme, contribuer à la conception de stratégies de gestion des principales maladies du tournesol, à l échelle de la parcelle ou du territoire.Phoma (Phoma macdonaldii / Leptosphaeria linquistii) and phomopsis (Phomopsis / Diaporthe helianthi) are two major sunflower fungal diseases. In a context of reduction of pesticides, a better understanding of the interactions between crop canopy, pathogens, environment and cropping practices is needed. Field and greenhouse experiments set up at Auzeville in 2010 and 2011 allowed to dissect the impact of sunflower crop management on disease appearance and development. Key variables of plant architecture and microclimate, modified by cropping practices (variety choice, sowing density, nitrogen fertilization, irrigation) were described and related to disease components. Thereby, for phomopsis, the key role of microclimate resulting from the level of development of leaf area during the initial stages of infection was confirmed. Leaf length and stem diameter are key characters for necrosis progression on leaf and stem. The impact of phomopsis leaf infection in term of damage mechanism was analysed and modelled. For phoma, the effect of nitrogen nutrition status on necrosis progression on stem and stem base was confirmed. The regulatory function of phoma towards phomopsis leaf infection was quantified. In terms of modelling, several approaches were developed: (i) evaluation of the predictive quality of Asphodel, an epidemiological model predicting Phomopsis ascospore release; application to different cropping practices and extension to phoma for primary inoculum; (ii) development of a predictive model for phoma incidence taking into account the climatic, microclimatic and agronomic effects; (iii) proposal of a conceptual model of the interactions between crop canopy, pathogens, environment and cropping practices. This study could contribute to the design of integrated management strategies for the main sunflower diseases, at field or at territory scale.TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Analyse et modélisation des effets des pratiques culturales et de la situation de production sur les dégâts causés par les bioagresseurs des cultures. Application au blé d'hiver

La protection intégrée des cultures (PIC) apparaît comme une stratégie durable de protection des plantes contre les bioagresseurs, satisfaisant les exigences à la fois économiques, écologiques et sanitaires auxquelles est confrontée l agriculture. L amélioration des connaissances sur les interactions entre les bioagresseurs et les pratiques agricoles est indispensable afin de concevoir des méthodes de lutte plus économes en produits phytosanitaires Le modèle IPSIM (Injury Profile SIMulator), développé dans ce travail de thèse, vise à simuler l effet des pratiques culturales, du pédoclimat et de l environnement de la parcelle sur les dégâts causés par les bioagresseurs sur une culture. Ce modèle est basé sur une approche hiérarchique et agrégative. Ce travail décrit la base conceptuelle de la modélisation IPSIM et son application pour construire le modèle IPSIM-Wheat, simulant les profils de dégâts sur le blé en fonction des pratiques culturales et de l environnement biotique et abiotique. Plusieurs modèles ont été conçus pour prédire les sévérités de six maladies, un ravageur et les plantes adventices du blé. Ces modèles contribuent ainsi au développement d IPSIM-Wheat, dont une première version est présentée pour des bioagresseurs majeurs en interaction. Ce futur modèle pourra contribuer à concevoir des systèmes de culture incluant du blé, moins soumis aux pressions biotiques et moins dépendants des pesticides.Integrated pest management (IPM) appears as a sustainable strategy to protect plants against pest while answering the economical, ecological, and toxicological expectations that agriculture must face. The effects of cultural practices on pest dynamics have to be thoroughly analyzed in order to reduce the reliance of cropping systems on pesticides. A model, named IPSIM ((Injury Profile SIMulator), currently under development in this thesis, aims at simulating the effects of cropping practices, as well as soil, climate and field environment on the injuries caused by multiple pests of a given crop. This model is based on a hierarchical and aggregative approach. This study describes the conceptual basis of the modeling and its applications in order to develop IPSIM-Wheat, a model simulating injury profiles on wheat. Thus, several models have been designed to predict six diseases, one insect pest and weeds. This study thus contributes to the development of IPSIM-Wheat which will help design innovative sustainable wheat-based cropping system.TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Analyse et modélisation des effets des pratiques culturales sur les épidémies de mildiou de la pomme de terre. Adaptation du modèle SIPPOM (Simulator for Integrated Pathogen POpulation Management) au pathosystème

Le mildiou de la pomme de terre, causé par l'agent pathogène Phytophthora infestans est l'une des maladies les plus préjudiciables de la culture. Jusqu'à présent, la lutte chimique reste le moyen de contrôle le plus utilisé pour la maîtriser, classant la pomme de terre au premier rang en termes d'Indices de Fréquence de Traitement en grande culture. Par ailleurs, l'utilisation de variétés résistantes, comportant notamment des gènes de résistances spécifiques, a également démontré son efficacité pour limiter les dégâts engendrés par cette maladie. Mais leur efficacité est peu durable avec une durée moyenne de 4 ans avant l'apparition du phénomène de contournement par les isolats plus virulents. Il est donc nécessaire de développer des stratégies de contrôle de la maladie en combinant un ensemble d'approches génétiques, culturales, physiques, et chimiques afin de satisfaire au mieux les objectifs agronomiques, environnementaux et socio-économiques. Un modèle, nommé SIPPOM (Simulator for Integrated Pathogen POpulation Management), avait été développé dans le cas de la gestion durable du phoma du colza. Le présent travail a consisté à adapter la structure générique de SIPPOM au cas de la gestion intégrée du mildiou de la pomme de terre en développant des modules spécifiques à partir de modèles préexistants ou développés spécifiquement. Un modèle de culture (Spudgro), un modèle épidémiologique (Guntz-Divoux / Milsol), un modèle de nuisibilité (modèle de Shtienberg) et une fonction de dispersion (modèle de Scherm) ont été identifiés dans la littérature, adaptés et intégrés dans la structure générique de SIPPOM. Cet ensemble de modules a donné lieu à la réalisation du premier prototype opérationnel de la version informatisée de SIPPOM-de-terre sur la plate-forme de modélisation RECORD. Un nouveau modèle, appelé VOLPONE, a été développé pour représenter les dynamiques de repousses de pomme de terre dans une parcelle et sur un tas de déchets. Ce modèle permet de représenter les sources d'inoculum primaire à l'échelle du territoire sous l'influence du climat et des pratiques agricoles. La qualité prédictive du modèle de nuisibilité a été estimée à partir d'un jeu de données expérimentales générées au cours du travail de thèse et s'est montrée correcte. Des exemples de résultats issus de simulations réalisées à l'aide du premier prototype montrent la capacité du modèle, en fonction d'une combinaison de pratiques culturales et de conditions climatiques variables, à prédire la dynamique épidémique de la maladie, ainsi que les dégâts et dommages associés à l'échelle de la parcelle ou sur un parcellaire simple. Néanmoins, d'autres tâches restent à accomplir afin de disposer d'une version achevée de SIPPOM-de-terre sur la plate-forme RECORD. Le travail réalisé illustre la généricité du modèle d'origine SIPPOM et contribue à la production de connaissances et de références permettant l'optimisation d'outils existants tels Mileos®. Les avancées réalisées pourront contribuer à la conception de stratégies de gestion intégrée, collectives et durables pour cette maladie.Potato late blight caused by the pathogen Phytophthora infestans is one of the most dreaded diseases to this culture. So far, chemical control is the most widespread method used against the pathogen. In turn, the amount of fungicides used to control this disease makes potato the crop with the highest Treatment Frequency Index of all arable crops. The use of resistant varieties, including specific resistance genes, has also demonstrated an effective limitation of injuries that this disease can cause. Still, specific resistances lack durability as there is an average span of 4 years before the emergence of a resistance breakdown phenomenon by more virulent strains. It is therefore necessary to develop control strategies that combine a set of methods (genetic, cultural, physical and chemical) to meet agronomic, environmental and socio-economic criteria. A model named SIPPOM (Simulator for Integrated Pathogen POpulation Management), was developed to address these issues for the control of phoma stem canker on oilseed rape. The present work consisted in adapting the generic structure of SIPPOM for the integrated control of potato late blight by designing specific sub-models using existing models or specifically developed models. A crop model (Spudgro), an epidemiologic model (Guntz-Divoux/Milsol), a damage model (Shtienberg's model) and a dispersal function (Scherm's model) were selected in the literature, adapted, and embedded in SIPPOM's generic structure. This set of sub-models led to an operational prototype of SIPPOM-de-terre under the RECORD modelling platform. A new model, named VOLPONE, was designed to simulate potato volunteer dynamics in a field or on a waste pile. This model permits to simulate inoculum sources at the territory scale under the influence of climate and cropping practices. The predictive quality of the damage model was assessed with data generated in specific field experimentations and proved to be good. Simulation examples produced with the first prototype of SIPPOM-de-terre illustrate the capacity of the model to represent epidemiological dynamics at the field scale or at a small regional scale under the influence of cropping practices and climate. However, further work is required before to totally achieve the design and the implementation of SIPPOM-de-terre under the modelling platform RECORD. The conducted study illustrates the genericity of the model SIPPOM and produced knowledge, references and tools for the integrated management of the disease. The outputs of this work will help design integrated, collective and durable control strategies of potato late blight.TOULOUSE-ENSAT-Documentation (315552324) / SudocSudocFranceF

HMP-Coffee: A hierarchical multicriteria model to estimate the profitability for small coffee farming in Colombia

Existing models to estimate profitability in small-scale coffee production are based on limited information leading to precision problems in the estimations and, therefore, fail to represent the real economic return. This leads smallholders to make decisions based on inaccurate information with negative consequences on their financial status. This paper introduces a novel hierarchical approach called HMP-Coffee (Hierarchical Model Profitability Coffee) to estimate the profitability level in small-scale coffee productions, supporting smallholders, in decision-making, to improve their income and, consequently, their economic sustainability. HMP-Coffee considers a Contextual Knowledge Phase, based on expert knowledge, to create a conceptual model about the profitability in small-scale coffee productions and a Hierarchical-Multicriteria Phase responsible for translating such a conceptual model into an understandable hierarchical qualitative model able to estimate the level of profitability in small coffee productions precisely. HMP-Coffee was developed by considering the La Sultana farm’s operation in Cauca, Colombia and evaluated with independent data from the Costa Rican Coffee Institute. In the evaluation results, HMP-Coffee achieved 81.72% accuracy, 81.33% precision, 92.30% recall, and 83.46% F-Score. From the results obtained, we conclude that HMP-Coffee is a reliable model to estimate the profitability of small-scale coffee production. Its reliability improves the decision-making for obtaining crops with better economic sustainability

Agroecosystem management and biotic interactions: a review

Increasing the use of synthetic fertilisers and pesticides in agroecosystems has led to higher crop yields, accompanied by a decline in biodiversity at the levels of field, cropping system and farm. Biodiversity decline has been favoured by changes at landscape level such as regional farm specialisation, increases in field size, and the removal of hedgerows and woodlots. The loss of biodiversity in agroecosystems has increased the need for external inputs because beneficial functions are no longer provided by beneficial species as natural enemies of crop pests and ecosystem engineers. This trend has led to a strong reliance on petrochemicals in agroecosystems. However, many scientists have been arguing for more than two decades that this reliance on petrochemicals could be considerably reduced by a better use of biotic interactions. This article reviewsoptions to increase beneficial biotic interactions in agroecosystems and to improve pest management and crop nutrition whilst decreasing petrochemical use. Four agronomic options are presented. First, it has been shown that the choice of cultivar, the sowing date and nitrogen fertilisation practices can be manipulated to prevent interactions between pests and crop, in either time or space. Nevertheless, the efficacy of these manipulations may be limited by pest adaptation. Second, beneficial biotic interactions may result from appropriate changes to the habitats of natural enemies and ecosystem engineers, mediated by soil and weed management. Here, knowledge is scarce, and indirect and complex effects are poorly understood. Third, changes achieved by crop diversification and, fourth, by landscape adaptation are promising. However, these practices also present drawbacks that may not necessarily be outweighed by beneficial effects. Overall, these four management approaches provide a powerful framework to develop sustainable agronomic practices