Effects of different agronomic strategies on the short- and long-term management of weed flora in arable crops. | Effets de différents leviers agronomiques sur la gestion à court et à long terme de la flore adventice en grandes cultures

إنجليزي. Since the beginning of agriculture, humans have endeavored to manage weed flora to mitigate yield losses. Post-war, the intensive use of synthetic plant protection products and mineral fertilizers significantly boosted agricultural production. Herbicides emerged as highly effective tools for weed control. However, their usage exacts a considerable toll on the environment and human health. Moreover, the rapid emergence of weed resistance to certain active ingredients poses a serious challenge to weed management strategies. Consequently, a primary challenge of the 21st century is to enhance agricultural sustainability while reducing reliance on synthetic plant protection products. The heavy reliance of farming systems on herbicides exacerbates this challenge. The aim of this thesis is to examine the effect of different agronomic strategies on the short- and long-term management of weed flora in arable crops. Regarding short-term management, this thesis focuses on the potential reduction of herbicide usage in winter wheat crops through the utilization of mechanical weeding tools such as the harrow (annual factorial trials spanning 6 years of data between 2010 and 2022). An underlying question is whether combining direct control methods (mechanical and/or chemical) with an establishment prevention measure (delayed sowing date) could enhance weed control in winter wheat and thereby decrease herbicide applications (factorial trial, one year of data from 2022 to 2023). The second question aimed to assess the cumulative effect of different soil management measures (residue export and tillage intensity) on weed flora and yield (long-term factorial trial, data from 2021 to 2022). Finally, the last question aimed to determine the effect of different cropping systems, differentiated by their level of exogenous organic fertilization and tillage system (integrating a multitude of agronomic practices), on weed flora in organic maize crops (long-term system trial, data from 2021 to 2023). The results showed that weed control with the harrow in winter wheat crops provided sufficient weed control in some cases. However, its effectiveness varied greatly depending on the composition of the flora, initial weed pressure, and the year. The harrow alone was not as effective as chemical weed control. The combination of mechanical and herbicide application for weed control reduced year-on-year variability and ensured highly effective weed control. Delaying the sowing date of winter wheat proved to be a very effective lever for managing weeds. Firstly, it reduced the number of emerging weeds, with a greater effect on Alopecurus myosuroides weeds. Secondly, delaying the sowing date improved the effectiveness of both chemical and harrow weed control. Finally, delaying the sowing date reduced weed biomass production below a threshold that did not result in any significant yield loss. Long-term soil management proved to be a significant factor in the long-term management of weed flora and winter wheat yield. However, in this context, only ploughing demonstrated a notable impact on weeds, while the export of residues appeared to have minimal effect. Ploughing contributed to the reduction of viable seeds in the seed bank and decreased weed abundance and biomass within the winter wheat crop. While ploughing effectively lowered pressure from Alopecurus myosuroides, no significant difference was observed in terms of weed diversity. Indirectly, ploughing led to higher winter wheat yields by mitigating yield losses caused by weeds, in contrast to reduced tillage practices. Finally, the different organic farming cropping systems showed effects on the abundance and diversity of weeds present in the maize crop. Similar to the previous trial, ploughing emerged as the primary driver of community composition and weed abundance. A reduced tillage system with low organic fertilization input resulted in a much greater taxonomic diversity of weeds, including both non-harmful and problematic species such as Cirsium arvense and Lolium multiflorum. Similar to conventional farming, reduced tillage led to high weed pressure in terms of abundance and biomass. Consequently, this system did not facilitate effective weed management, resulting in yield loss due to competition. Moreover, this system was found to result in lower yields even in the complete absence of weeds. Rotation and the level of organic fertilization had no significant impact on weed composition or abundance. However, higher levels of organic fertilization tended to increase maize yields. The coherent application of different agronomic levers can enable sustainable management of weed flora while reducing (or even avoiding) the application of herbicides.

فرنسي. Depuis le début de l'agriculture, l'homme a essayé de gérer la flore adventice pour éviter les pertes de rendements. Après la guerre, l'utilisation intensive de produits phytopharmaceutiques de synthèses et d'engrais minéraux a permis d'augmenter la production agricole. Le recours aux herbicides a permis un contrôle très efficace des adventices. Cependant, l'utilisation des herbicides a un effet néfaste sur l'environnement et sur la santé humaine. De plus, très vite, des individus résistants à certaines matières actives sont apparus, mettant en péril le mode de gestion des adventices. Suite à ces conséquences négatives, l'un des grands défis du 21e siècle est d'arriver à produire tout en rendant l'agriculture plus durable et moins dépendante des produits phytopharmaceutiques de synthèses. La grande dépendance des systèmes agricoles aux herbicides rend ce défi compliqué. Le but de cette thèse est d'étudier les effets de différents leviers agronomiques sur la gestion à court et à long terme de la flore adventice en grandes cultures. Concernant la gestion à court terme, cette thèse s'est concentrée sur la possibilité de réduire l'utilisation d'herbicides dans la culture de blé d’hiver par l'utilisation d'outils de désherbage mécanique tels que la herse étrille (essais factoriels annuels, 6 années de données entre 2010-2022). Une question sous-jacente a été de savoir si la combinaison de la lutte directe (mécanique et/ou chimique) avec une mesure de prévention de l'implantation (retard de la date de semis) pouvait améliorer le contrôle des adventices dans le blé d'hiver et ainsi diminuer l'utilisation d'herbicides (essai factoriel, une année de données 2022-2023). La deuxième question était d'évaluer l'effet cumulatif des différentes mesures de gestion du sol (exportation des résidus et intensité du travail du sol) sur la flore adventice et le rendement (essai factoriel de longue durée, données en 2021-2022). Enfin, la dernière question visait à déterminer l'effet de différents systèmes de cultures différenciés par leur niveau de fertilisation organique exogène et par le système de travail du sol (intégrant une multitude de pratiques agronomiques) sur la flore adventice dans les cultures de maïs biologiques (essai système de longue durée, données entre 2021-2023). Les résultats ont montré que le désherbage à la herse étrille en culture de froment d'hiver permettait un contrôle des adventices qui dans certains cas était suffisant. Toutefois, son efficacité variait fort selon la composition de la flore, la pression initiale et l'année. La herse étrille n'a pas permis à elle seule d'avoir une efficacité aussi grande que le désherbage chimique. La combinaison du désherbage mécanique et chimique a permis de manière interannuelle de diminuer la variabilité et d'assurer un désherbage avec une haute efficacité. Le retard de la date de semis (semis de mi-octobre décalé à la mi-novembre) s'est avéré être un levier très efficace dans l'objectif d'une gestion de la flore adventice. Celui-ci c'est avéré agir à plusieurs niveaux, premièrement, en diminuant le nombre de levées d'adventices avec un effet accru sur les vulpins. Deuxièmement, le retard de la date de semis a permis d'améliorer à la fois l'efficacité du désherbage à la herse étrille et chimique. Enfin, le retard de la date de semis a permis de diminuer la production de biomasse des adventices sous un seuil n'entrainant aucune perte de rendement significative. La gestion de longue durée du sol s'est avérée être un élément important pour la gestion à long terme de la flore adventice et du rendement en blé d’hiver. Par contre, dans ce contexte, seul l'effet du labour a impacté les adventices tandis que l'exportation ou non des résidus ne semble pas avoir un effet majeur. Le labour a permis de diminuer la quantité de graines viables présentes dans le stock semencier ainsi que l'abondance (en termes d'adventices et de biomasses) dans la culture de froment d'hiver. Le labour a permis de diminuer la pression en vulpin, mais peu de différences en termes de diversité des adventices ont été observées. Le labour a permis indirectement d'obtenir un rendement supérieur en blé d'hiver grâce à la diminution des pertes de rendement engendrées par les adventices comparées à celles du non-labour. Enfin, les différents systèmes de cultures en agriculture biologique ont montré un effet sur l'abondance et la diversité d'adventices présentes en culture de maïs. Tout comme pour l'essai précédent, le labour semble être le grand driver de la composition des communautés et l'abondance en adventices. Un système en non-labour et avec une fertilisation organique réduite permet d'avoir une diversité taxonomique d'adventices beaucoup plus importante, mais avec à la fois le développement d'adventices peu nuisibles et d'adventices problématiques, telles que le chardon et le ray gras italien. Tout comme en conventionnel le non-labour a induit une pression en adventices élevée (en termes d'abondance et de biomasse). Ce système ne permet donc pas une bonne gestion des adventices. Celles-ci ont engendré in fine une perte de rendement à cause de la compétition induite. Ce système,même en absence totale d'adventices, s'est révélé avoir des rendements plus faibles. La rotation et le niveau de fertilisation organique n'a pas eu d'impact significatif à la fois sur la composition et l'abondance des adventices. Par contre, une fertilisation organique supérieure a tendance à augmenter le rendement en maïs. L'application cohérente de différents leviers agronomiques peut permettre une gestion durable de la flore adventice tout en diminuant (voir évitant) l’application d'herbicides.