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The heterogeneous distribution of trophic resources in the environment of organisms influences their exploitation patterns. Agroecosystems have a marked spatial structuring of trophic resources that are essential to parasitoids, namely hosts and sugar-rich food. Intercropping a nectariless crop with a nectariferous crop is an interesting model to study the influence of the provision of trophic resources within plots, and could promote the ecosystem service of pest regulation by parasitoids. Intercrops can be distributed according to different spatial arrangements, which change the spatial distribution of parasitoid resources. In this PhD thesis, we explore the influence of the spatial distribution of trophic resources in intercrops on the feeding and parasitism behaviours of aphid parasitoids. First, we study the influence of the distance between hosts and nectar on the feeding and parasitism of Aphidius ervi females.We observe that the presence of hosts influences the feeding frequency but not the parasitism rate. Secondly, we explore the potential complementarity between providing alternative hosts and nectar along with the spatial range of their effect in an orchard. We do not observe any effect of the provision of each resource separately nor the combination of both on aphid parasitism. Finally, we study the effect of spatial arrangement of a cereal-legume intercropping system, and compare it with a cereal single crop. We observe an opposite effect of intercropping on aphid populations depending on the intercrop, with fewer legume aphids but more cereal aphids in the fine arrangements intercropping plots, and without a clear relation with parasitoid activity. Our results do not confirm the beneficial effect of intercrops on the biological control of aphids by parasitoids. Determining the environmental conditions of resource availability and its spatial range in which supplying nectar or alternative hosts could have an impact on a larger scale is required to explain the lack of effect of providing trophic resources for parasitoids., La distribution hétérogène des ressources trophiques dans l’environnement des organismes influence leurs patrons d’exploitation.Les agroécosystèmes ont une structuration spatiale marquée des ressources trophiques essentielles aux parasitoïdes, à savoir les hôtes et la nourriture sucrée.L’association d’une culture non productrice de nectar avec une culture nectarifère est un modèle intéressant pour étudier l’influence de l’apport de ressources trophiques au sein des parcelles,et pourrait favoriser le service écosystémique de régulation des ravageurs par les parasitoïdes. Ces cultures associées peuvent être agencées selon différents arrangements spatiaux, qui font varier la distribution spatiale des ressources.Dans la cadre de cette thèse, nous explorons l’influence de la distribution spatiale des ressources trophiques dans les cultures associées sur le comportement alimentaire des parasitoïdes et le parasitisme des pucerons.Dans un premier temps, nous étudions l’influence de la distance entre hôtes et nectar sur l’alimentation et le parasitisme de femelles Aphidius ervi. Nous observons que la présence d’hôtes influence la fréquence d’alimentation mais pas le taux de parasitisme. Dans un second temps, nous explorons la complémentarité potentielle entre l’apport d’hôtes alternatifs et de nectar et la portée spatiale de cet aménagement en inter-rang en verger. Nous n’observons pas d’effet de l’apport de chaque ressource ni de la combinaison des deux sur le parasitisme des pucerons. Enfin, nous étudions l’effet du mode d’arrangement spatial d’une association céréale-légumineuse, et le comparons avec une culture pure de céréale. Nous observons un effet opposé de l’association culturale sur les populations de pucerons selon la culture, avec moins de pucerons en association sur la légumineuse et plus sur la céréale dans les arrangements fins, mais sans lien avec l’activité des parasitoïdes. Nos résultats ne permettent pas de confirmer l’effet bénéfique des cultures associées sur le contrôle biologique des pucerons par les parasitoïdes. Déterminer les conditions environnementales de disponibilité de ressources dans lesquelles l’apport de nectar pourrait avoir un impact et la portée spatiale d’aménagement à une échelle plus large, permettrait peut-être d’expliquer cette absence d’effet de l’approvisionnement en ressources trophiques pour les parasitoïdes.

With the arable land use intensification in recent decades, depletion of soil fertility and soil erosion have emerged as major issues for the sustainability of agricultural production systems in New Caledonia. Like other islands in the South Pacific, agricultural intensification has had positive impacts on agricultural production and food security but also detrimental impacts on biodiversity, soil, and water resources. New cropping system management is needed to better manage ecological functions and ultimately, enhance the provision of ecosystem services. Conservation agriculture (CA) is a farming system based on minimum soil disturbance (i.e., no tillage), maintenance of a permanent soil cover, and diversification of plant species. CA practices are a promising way to reduce the negative impacts of agriculture, especially on soil, while conserving production and ecosystem services. In this study, we propose an original framework based on integrative and systemic approaches of the relationships between agricultural practices, ecological functions, and cropping system performances. The study was conducted on the West coast of New Caledonia and three questions were addressed to assess the impacts of CA on the provision of ecosystem services: i) what are the impacts of CA on soil health and cropping system performances compared with conventional tillage (CT)?, ii) what are the impacts of CA on functional biodiversity (soil macrofauna)?, and iii) what are the resource use efficiency and cropping system performances of intercropping systems compared to maize monoculture? To answer the first two questions, a long-term experiment was started in 2011 to compare three maize-based cropping systems: i) mono-cropping under CT, which is the predominant practice in the region, ii) CA with direct seeding of maize in a dead mulch (a mixture of four annual species) (CA-DM), and iii) CA with direct seeding of maize in a living mulch (Stylosanthes guianensis) (CA-LM). Furthermore, an analytical experiment was conducted in 2018 to assess the impacts of a maize-Stylosanthes guianensis intercropping system on resource use efficiency and productivity compared to monoculture. On the one hand, the impact of the three contrasted cropping systems (i.e., CT, CA-DM and CA-LM) on soil health were assessed and compared using Biofunctool®. Biofunctool® is a functional assessment of soil health based on an integrative approach taking into account the links between the physico-chemical properties and the biological activity of soils. It allows an analysis of the three main functions of the soil: i) carbon transformation, ii) nutrient cycling, and iii) soil structure maintenance. On the other hand, a soil macrofauna services (SMS) index was proposed as an integrative tool to evaluate and compare the effects of these cropping systems on soil macrofauna services. This index integrates three key macrofauna functions: i) decomposition of organic matter, ii) ecosystem engineering, and iii) pest control. Finally, the resource use efficiency (i.e., water, light, nitrogen and land) and the performance of intercropping systems were assessed and compared with monoculture., La dégradation des terres liée à l'intensification agricole, principalement due à la baisse de la fertilité des sols et à l’érosion, est devenue une problématique majeure en Nouvelle-Calédonie. Le contexte insulaire et les spécificités pédoclimatiques rendent en outre les enjeux d’autosuffisance alimentaire, de préservation des agroécosystèmes et de la biodiversité, d’autant plus prégnants. Les systèmes de culture (sdc) doivent donc évoluer en mobilisant les processus biologiques afin d’être viables, performants et durables. L’agriculture de conservation (AC) consiste en un ensemble de pratiques culturales basé sur trois principes : une réduction, voire une suppression du travail du sol, une couverture végétale du sol permanente et une diversification des espèces cultivées. L’AC peut répondre à ces problématiques en alliant durabilité et productivité, et en favorisant un certain nombre de services écosystémiques. A travers une démarche originale intégrant approches fonctionnelle et systémique, cette thèse vise à quantifier les relations entre pratiques, fonctions et services écosystémiques au sein de sdc complexes. Dans le contexte spécifique de la côte ouest de la Nouvelle-Calédonie, afin de savoir si l’AC pourrait maximiser la fourniture de services écosystémiques, trois questions sont apparues importantes à aborder : quels sont les impacts des pratiques de l’AC sur la santé du sol et les performances agronomiques de sdc ?, quels sont les effets de l’AC sur la biodiversité fonctionnelle (macrofaune) ?, et quelles sont les performances et l’efficience d’utilisation des ressources de sdc en AC notamment sous couvert végétal vivant ? Afin de répondre aux deux premières questions, une expérimentation système, initiée en 2011, a permis de comparer en 2018 trois sdc en production de maïs : un sdc en monoculture et en labour, représentant la pratique de référence de la région (CT), un sdc en AC sous couvert végétal mort (mélange de 4 espèces annuelles) (CA-DM), et un sdc en AC sous couvert végétal vivant (Stylosanthes guianensis) (CA-LM). Une expérimentation analytique a également été mise en place en 2018 afin d’évaluer les performances et l’efficience d’utilisation des ressources d’une association maïs-Stylosanthes guianensis en AC sous couvert végétal vivant. D’une part, l’impact du mode de conduite de ces trois sdc sur la santé du sol a été caractérisé via l’utilisation de Biofunctool®. Biofunctool® est une méthode d’évaluation fonctionnelle de la santé des sols basée sur une approche intégrative prenant en compte les liens entre les propriétés physico-chimiques et l'activité biologique des sols. Elle permet de mener une analyse des fonctions principales du sol : i) la transformation du carbone, ii) le recyclage des nutriments, et iii) le maintien de la structure du sol. D’autre part, un outil fonctionnel (SMS) est proposé afin de mesurer l’impact de pratiques culturales sur l’activité de la macrofaune du sol. Il permet d’intégrer trois fonctions de la macrofaune : i) la dégradation de la matière organique, ii) l’ingénierie de l’écosystème, et iii) la régulation des ravageurs. Enfin, l’évaluation de l’efficience d’utilisation des ressources (i.e., eau, azote, lumière, surface) et des performances de ces sdc contrastés a été menée à l’aide de la modélisation par équations structurelles.

Diversification is necessary to improve cropping systems sustainability. However, diversification crop introduction into cropping systems is confronted to many barriers. Soybean, a leguminous crop producing protein rich grain, is a potential diversification crop which beneficiate from a favourable context for its development in France. Weed growth reduction et yield stabilisation are important issues for producers. In order to facilitate cropping system diversification, we suggest the use of intercropping to solve these problems. To test this strategy, four services: soybean grain production, associated crop grain production, weed control and nitrogen pre-crop effect are assessed under the influence of two management levers: associated crop species choice and spatial arrangement of crops. Functional approach was used to identify traits associated to crop growth and functions. Associated crop had an impact on all services considered in this work. A trade-off was identified between soybean production service and weed control service. Nonetheless this trade-off could be modulated in some intercrops through spatial arrangement. Functional approach helped identify effect traits related to the growth dynamics of the crops and to the persistence of crop residues. In addition we show that crop traits response to management was low. Finally, intercropping soybean mofifies some parts of nitrogen balance as well as the quantity and quality of crop residues. Nonetheless, no differences were measured on the following wheat between intercrops and sole cropped soybean; La diversification des systèmes de culture est un enjeu important pour améliorer leur durabilité. Cependant, l’introduction de cultures de diversification est confrontée à de nombreux freins. Le soja, une légumineuse produisant des graines riches en protéines, est une culture de diversification potentielle qui bénéficie d’un contexte favorable à son développement en France. Mais la maitrise de la croissance des adventices et la stabilisation des rendements sont des défis importants pour les producteurs. Afin de pallier ces problèmes, nous proposons d’utiliser l’association de cultures comme outils d’aide à la diversification des systèmes de culture. Pour tester la pertinence de cette stratégie, quatre services, la production de soja, celle de la culture associée, le contrôle des adventices et l’effet précédent lié à l’azote sont évalués sous l’influence de deux leviers de gestion de l’association : le choix de l’espèce associée et l’arrangement spatial des cultures. Une approche fonctionnelle est mobilisée pour identifier des traits associés à la croissance et aux fonctions des cultures. L’espèce associée a un impact sur l’ensemble des services considérés dans ce travail. Les services de production de soja et de contrôle des adventices se sont révélés être antagonistes mais cet antagonisme peut être modulé dans certaines associations grâce à l’arrangement spatial. L’approche fonctionnelle a permis d’identifier des traits liés à la dynamique de croissance des cultures et à la persistance des résidus après récolte. De plus nous montrons que la réponse des traits des espèces à la gestion des associations est faible. Enfin, l’association du soja modifie certains postes du bilan azoté ainsi que les quantités et qualités des résidus de culture. Cependant, aucune différence d’effet sur le blé suivant n’a été mesurée entre les associations et le soja pur.

Diversification is necessary to improve cropping systems sustainability. However, diversification crop introduction into cropping systems is confronted to many barriers. Soybean, a leguminous crop producing protein rich grain, is a potential diversification crop which beneficiate from a favourable context for its development in France. Weed growth reduction et yield stabilisation are important issues for producers. In order to facilitate cropping system diversification, we suggest the use of intercropping to solve these problems. To test this strategy, four services: soybean grain production, associated crop grain production, weed control and nitrogen pre-crop effect are assessed under the influence of two management levers: associated crop species choice and spatial arrangement of crops. Functional approach was used to identify traits associated to crop growth and functions. Associated crop had an impact on all services considered in this work. A trade-off was identified between soybean production service and weed control service. Nonetheless this trade-off could be modulated in some intercrops through spatial arrangement. Functional approach helped identify effect traits related to the growth dynamics of the crops and to the persistence of crop residues. In addition we show that crop traits response to management was low. Finally, intercropping soybean mofifies some parts of nitrogen balance as well as the quantity and quality of crop residues. Nonetheless, no differences were measured on the following wheat between intercrops and sole cropped soybean, La diversification des systèmes de culture est un enjeu important pour améliorer leur durabilité. Cependant, l’introduction de cultures de diversification est confrontée à de nombreux freins. Le soja, une légumineuse produisant des graines riches en protéines, est une culture de diversification potentielle qui bénéficie d’un contexte favorable à son développement en France. Mais la maitrise de la croissance des adventices et la stabilisation des rendements sont des défis importants pour les producteurs. Afin de pallier ces problèmes, nous proposons d’utiliser l’association de cultures comme outils d’aide à la diversification des systèmes de culture. Pour tester la pertinence de cette stratégie, quatre services, la production de soja, celle de la culture associée, le contrôle des adventices et l’effet précédent lié à l’azote sont évalués sous l’influence de deux leviers de gestion de l’association : le choix de l’espèce associée et l’arrangement spatial des cultures. Une approche fonctionnelle est mobilisée pour identifier des traits associés à la croissance et aux fonctions des cultures. L’espèce associée a un impact sur l’ensemble des services considérés dans ce travail. Les services de production de soja et de contrôle des adventices se sont révélés être antagonistes mais cet antagonisme peut être modulé dans certaines associations grâce à l’arrangement spatial. L’approche fonctionnelle a permis d’identifier des traits liés à la dynamique de croissance des cultures et à la persistance des résidus après récolte. De plus nous montrons que la réponse des traits des espèces à la gestion des associations est faible. Enfin, l’association du soja modifie certains postes du bilan azoté ainsi que les quantités et qualités des résidus de culture. Cependant, aucune différence d’effet sur le blé suivant n’a été mesurée entre les associations et le soja pur.

The diversity of resources available for consumers determines a wide range of ecological processes, from individual behavioural strategies to community structure. Intercrops and single crops are an ideal model to study the relationship between resource diversity and their use by parasitoids insects. As intercrops provide resources such as alternative hosts or food sources for parasitoids, they could also allow enhancing biological control. In this thesis, we study the relationship between resource diversity and their exploitation by Aphidius spp.aphid parasitoids in legume and cereal single crops and intercrops. First, we investigate how early learning influences host selection in Aphidius ervi. We reveal that olfactory complexity experienced by the insect influences its subsequent preferences, but also that olfactory preferences are not sufficient to fully explain its foraging decisions among different hosts. Then, we evaluate the resource use patterns of Aphidius spp. communities in nectar-depleted fields(single crops) and nectar-complemented fields (intercrops).We show that honeydew is a major food source for Aphidiusspp. parasitoids in cereal crops, and that nectar providing does not seem to change their resource exploitation patterns. We also find no effect of intercropping on aphid parasitism rates and biological control. Altogether, our results show that resource diversity is an important feature that drives individual behaviour, but that its influence does not systematically affect processes at the population or community scale. Other factors, such as resource density, may better explain such processes. Besides, we could not evidence a beneficial effect of intercropping on biological control. However, other approaches will be needed to better evaluate the potential of such crops for pest regulation and to identify the ‘right forms of biodiversity’ for conservation biological control.; La diversité des ressources disponibles pour les consommateurs conditionne une multitude de processus écologiques, allant des stratégies comportementales mises en place par les organismes à la structure des communautés. Les cultures pures et associées offrent un modèle idéal pour étudier la relation entre la diversité de ressources et leur exploitation par les insectes parasitoïdes. L’apport de ressources telles que des hôtes alternatifs ou des sources de nourriture permis par la diversification intra-parcellaire pourrait notamment permettre d’augmenter leur activité de régulation des ravageurs. Dans cette thèse, nous étudions la relation diversité – exploitation de ressources en prenant pour modèle les parasitoïdes de puceron Aphidius spp. dans des cultures pures et associées (céréale et légumineuse). Dans un premier temps, nous étudions l’influence du processus d’apprentissage précoce sur la sélection d’hôte chez Aphidius ervi.Nous montrons que l’expérience de la complexité olfactive influence les préférences du parasitoïde, mais ne suffit pas à expliquer l’intégralité de ses décisions comportementales. Dans un deuxième temps, nous étudions les patrons d’exploitation de ressources alimentaires des communautés d’Aphidius spp.dans des parcelles complémentées en nectar (cultures associées) ou non (cultures pures). Nous montrons que le miellat a une part prépondérante dans le régime alimentaire de ces insectes, et que l’apport de nectar ne semble pas influencer leur prise alimentaire. Par ailleurs,aucun effet de la diversité intra-parcellaire sur l'exploitation d'hôte et le contrôle biologique n'ont été décelés. Nos résultats montrent donc que la diversité de ressources influence le comportement des individus, mais ne permet pas toujours de prédire les patrons d’exploitation des populations et des communautés. D’autres facteurs peuvent être en jeu, tels que notamment la densité de ressources. Par ailleurs, nos résultats n’ont pas permis de confirmer le bénéfice des cultures associées pour le contrôle biologique. Cependant, d’autres approches seront nécessaires pour mieux évaluer le potentiel de ces cultures pour la régulation naturelle des pucerons et des autres ravageurs, et identifier les aménagements à mettre en place pour améliorer la lutte biologique par conservation.

National audience; La diversification des cultures est un levier majeur de gestion agroécologique des bioagresseurs. Ce papier illustre avec l'exemple de FLORSYS le rôle des modèles mécanistes de dynamique des adventices pour synthétiser les connaissances, les appliquer à la conception de systèmes de culture, et les transférer vers les acteurs. Des cas d'étude illustrent comment ce modèle sert à évaluer et promouvoir les bénéfices de la diversification des cultures en (1) identifiant les caractéristiques de cultures qui seraient idéales ("idéotypes") pour la gestion agroécologique des adventices, (2) traquant des stratégies de gestion basées sur la diversification des cultures dans des réseaux de parcelles agricoles, (3) évaluant ces stratégies proposées par des experts et acteurs pour des cas concrets, et (4) alimentant les réflexions lors d’ateliers de co-conception avec les agriculteurs. Ces exemples illustrent que les bénéfices de la diversification des cultures dépendent des situations de production et des systèmes de culture. Les règles encadrant la diversification des cultures doivent donc être flexibles et des modèles comme FLORSYS sont indispensables pour établir ces règles. MODELLING CROP-WEED CANOPIES AS A TOOL TO INVESTIGATE THE ROLE OF CROP DIVERSIFICATION IN AGROECOLOGICAL CROPPING SYSTEMS Crop diversification is a key lever for integrated crop protection. This paper illustrates with the example of the "virtual field" FLORSYS how mechanistic weed-dynamics models can be used to synthesize knowledge of crop diversification, to apply this knowledge to cropping-system design and to transfer it to stakeholders. Case studies illustrate how this model can be used to evaluate and promote the benefits of crop diversification by (1) identifying the crop features ("ideotypes") needed for agroecological weed management, (2) tracking crop-diverse strategies in farm-field networks, (3) identifying such strategies designed by experts and stakeholders, and (4) hosting participatory workshops with farmers. These examples demonstrate that the benefits of crop diversification depend on the production situation and the cropping systems. The rules for guiding crop diversification must therefore be flexible, and models such as FLORSYS are essential to establish these guidelines.

National audience

National audience

International audience; La plupart des recherches qui sont ici présentées, ont été réalisées entre 2009 et 2012 dans le cadre du projet PerfCom financé par le Programme Systerra de l’Agence Nationale de la Recherche (ANR). Elles se sont attachées à estimer les performances agronomiques de peuplements complexes, associant plusieurs espèces (blé dur et légumineuse) ou variétés de blé dur dans une même parcelle agricole, en vue de mieux exploiter les processus écologiques et ressources du sol, notamment N et P, en vue de réduire l’utilisation des intrants fertilisants. Leur objectif était également de comprendre ces processus écologiques sous-jacents.

La plupart des recherches qui sont ici présentées, ont été réalisées entre 2009 et 2012 dans le cadre du projet PerfCom financé par le Programme Systerra de l’Agence Nationale de la Recherche (ANR). Elles se sont attachées à estimer les performances agronomiques de peuplements complexes, associant plusieurs espèces (blé dur et légumineuse) ou variétés de blé dur dans une même parcelle agricole, en vue de mieux exploiter les processus écologiques et ressources du sol, notamment N et P, en vue de réduire l’utilisation des intrants fertilisants. Leur objectif était également de comprendre ces processus écologiques sous-jacents.

La plupart des recherches qui sont ici présentées, ont été réalisées entre 2009 et 2012 dans le cadre du projet PerfCom financé par le Programme Systerra de l’Agence Nationale de la Recherche (ANR). Elles se sont attachées à estimer les performances agronomiques de peuplements complexes, associant plusieurs espèces (blé dur et légumineuse) ou variétés de blé dur dans une même parcelle agricole, en vue de mieux exploiter les processus écologiques et ressources du sol, notamment N et P, en vue de réduire l’utilisation des intrants fertilisants. Leur objectif était également de comprendre ces processus écologiques sous-jacents.